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Certamen Procesos Hidrometalrgicos.
UNIVERSIDAD LA REPUBLICA
INGENIERIA CIVIL EN MINAS
CERTAMEN PROCESOS HIDROMETALURGICOS.
Profesor: Rene Urbina Carmona. Alumno: Jos Luis Silva Mira.
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Certamen Procesos Hidrometalrgicos.
CASO PRCTICO
Existe una zona de apilamiento de mineral de cobre al lado de la
chancadora primaria para almacenar hasta 10 das de produccin de
mina (200.000 TM). Cerca de la plataforma de las pilas de
lixiviacin hay una pila de almacenamiento de mineral ms pequea con
una capacidad de 20.000 toneladas.
La roca de desmonte constituye aproximadamente 58% del material
contenido en el tajo abierto. La roca de desmonte proveniente de la
mina es cargada con cargadores frontales de 20 m3 a los camiones de
acarreo.
La granulometra promedio de las rocas es de aproximadamente 30
cm. con algunos pedazos de hasta 2 m. El material fino (de menos de
2 mm) suele constituir menos de 8 por ciento (en peso) de la roca
de desmonte. La gravedad especfica promedio de la roca de desmonte
en la zona de almacenamiento es de 2,2, con una densidad media del
orden de 1.63t/m3.
Haga el diseo de todas las Instalaciones para el Proceso de la
Lixiviacin en Pilas.
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DESARROLLO.
Preparacin de la base de las pilas Se dispone de una amplia
superficie de terreno llana (10% de pendiente). Esta rea poseer una
capa de impermeabilizacin, para controlar las prdidas de soluciones
y evitar contaminaciones del medio ambiente. La impermeabilizacin
ser realizada de la siguiente forma: Una capa de materiales
arcillosos compactados sobre el terreno y, Una capa de material
granular donde se posicionara la lmina, y Lminas de HDPe de 1 a
1,5mm, sellados a travs del sistema de termo fusin. Una capa de
arena o grava como material filtrante (cover) y tuberas de HDPe
perforadas drenantes de plstico. Tcnicas de apilamiento del
mineral. La produccin diaria alcanza las 20.000 tpd, por lo que se
usara equipos apiladores autopropulsados de bajo perfil. La altura
de la pila fluctuara entre los 5 m. y 8 m. por banco. Superficie de
terreno. Ciclo de lixiviacin es de 02 meses. 20000 TMS/dia * 60
dias = 1.200.000 TMS. 1,63TMS/m2 * 5 m = 8,15 TMS/m2. 1200000t. /
8,15 = 147239 m2 Si se consideran el espacio a utilizar por los
equipos, se debe considerar un 10% para estos equipos, por lo
tanto, 147239m2 * 110% = 16196290 m2 Lo que corresponde a un rea de
4024 m. x 4024 m. Riego de la pila El riego de la pila se realizara
por distribucin de goteo, considerando la posible escasez de
lquidos y bajas temperaturas. El riego se realizara a una tasa del
orden de 10 20 lts/hm2
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Fig. N1: Riesgo por goteo.
Fig. N2: Tcnica de apilamiento del mineral a aplicar.
Operacin de las Pilas
Para el inicio de la operacin de las pilas se necesitara que
existan 02 de estas como mnimo.
El sistema de operacin ser el siguiente:
Lixiviacin de la primera pila con produccin de solucin
intermedia (pobre), que se recicla a la segunda pila nueva en donde
se obtiene una solucin rica. Alargando as el tiempo de lixiviacin
de las pilas y/o disminuir el caudal de solucin rica y entonces el
tamao de la planta de SX. (Costos)
Cuando la primera pila alcanza el valor mnimo econmico, se
procede al lavado con agua fresca y drenaje hasta el agotamiento,
yendo esta solucin al depsito o piscina de solucin estril para
recirculacin al sistema.
Se utilizara el sistema de pilas permanentes reduciendo costos
de movimientos de tierra. A partir de un segundo banco estos se
realizaran con una altura de 3m cada uno.
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Fig. N3: Reciclaje de la solucin lixiviante en contra
corriente.
Chancado del mineral.
El mineral es acarreado por medio de camiones que descargan
directamente a la chancadora. El mineral es reducido a un tamao
nominal de 150 mm en la chancadora primaria. El mineral chancado
pasa luego a travs de una zaranda. La fraccin menor de 40 mm. es
descargado directamente a la faja transportadora de transferencia.
Una balanza instalada en la faja transportadora registra en forma
continua la masa de mineral que va al proceso de lixiviacin. La
faja transporta el mineral y lo descarga en una tolva de
almacenamiento de mineral triturado de 3.000 toneladas de
capacidad, ubicada cerca de las pilas de lixiviacin. Lixiviacin A
travs de las pilas de lixiviacin, por encima del revestimiento
primario hay un sistema de tuberas de drenaje para captar la
solucin rica de lixiviacin y una capa de arena o grava fina para
proteger al revestimiento contra perforaciones. A medida que se
apila el mineral en las pilas lixiviacin, se usa una solucin
diluida de cido sulfrico + agua para extraer el cobre del mineral.
La solucin pobre es almacenada en un tanque con una capacidad de
3.000 m3. A la solucin pobre se agrega cal segn se requiera, para
mantener el pH de la solucin por encima de 9.0. La solucin diluida
y acida se aplica al mineral usando una red de emisores (a travs de
un sistema de riego por goteo, aplicadores ondulantes o
aspersores), a un flujo nominal de 10L/s/m2. La solucin percola a
travs de la pila y disuelve el cobre contenido en el mineral. La
solucin cargada de cobre, denominada tambin solucin enriquecida o
rica, es entonces captada por las tuberas perforadas de drenaje
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de 100 mm de dimetro, ubicadas en la capa de arena entre el
primer recrecimiento del mineral y revestimiento sinttico. La
solucin rica en cobre es drenada desde las pilas de lixiviacin
mediante gravedad hacia la zona de almacenamiento ubicada en la
parte inferior de la plataforma de lixiviacin. La zona de
almacenamiento de la solucin est diseada para contener por lo menos
550.00 m3 de solucin enriquecida. La solucin enriquecida es
entonces bombeada desde las pozas del interior de la zona de
almacenamiento de la solucin, hacia la instalacin de recuperacin de
cobre Manejo de la solucin. El sistema de pilas de lixiviacin est
diseado para recircular la mayor parte de la solucin y para
asegurar la contencin de todas las soluciones. En condiciones
normales de operacin, la zona de almacenamiento ubicada al interior
de las pilas de lixiviacin contendr entre 10.000 y 500.000 m3 de
solucin de lixiviacin. La capacidad de la zona de almacenamiento de
la solucin enriquecida es tal, que permitir contener la misma en
caso de presentarse condiciones de operacin anormal de la planta y
durante la acumulacin de las soluciones durante la estacin hmeda.
El volumen de solucin enriquecida almacenada al interior de las
pilas se reduce durante la estacin seca, debido a la evaporacin. La
solucin rica se bombea desde el rea de almacenamiento hacia la
instalacin de recuperacin de oro a travs de tuberas de HDPE
colocadas al interior del sistema descontencin secundaria. La
instalacin de contencin secundaria consiste de una zanja con una
base de suelo compactado, recubierta con un revestimiento HDPE de
1.5 mm. La zanja descargar a la zona de contencin del sistema de
lixiviacin.
Fig. N4 Planta tipo de extraccin por solventes.
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Fig. N5: Configuracin 2E 1S.
Electroobtencin de cobre. El proceso de electroobtencin de cobre
consiste bsicamente en la transformacin electroqumica del cobre
disuelto en un electrolito en cobre metlico depositado en un ctodo,
mediante la utilizacin de energa elctrica proveniente de una fuente
externa. El cobre inico (Cu2+) del electrolito es depositado
selectivamente sobre la superficie del ctodo y a la vez se
descompone agua en oxgeno y cido sulfrico en la superficie de nodos
insolubles de plomo. Dado que el cobre es ms bien un metal noble (
E = 0.34 V), el proceso de electroobtencin es relativamente simple
y puede ser realizado sin peligro de desprendimiento de hidrogeno (
E = 0V).
Fig. N6: Proceso de electroobtencin de cobre.
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REACCION ANODICA : H2O => 1/2 O2 + 2H+ + 2e- E=1.23V
(Descomposicin agua)
REACCION CATODICA: Cu2+ + 2e- => Cu E=0.34 V
(Precipitacin de cobre)
REACCION DE CELDA: Cu2+ + H2O => Cu + 1/2 O2 + 2H+
E=0.89V
(Expresada en forma inica)
Resultados del proceso electroltico:
Depositacin del cobre en el ctodo Evolucin de oxgeno en el nodo
El electrolito se enriquece en cido y se empobrece en cobre
El proceso de EW, se lleva a cabo en una celda electroltica,
donde circula continuamente el electrolito acuoso que contiene
disuelto CuSO4 y H2SO4 y que proviene de la planta SX para el caso
de nuestro inters en este curso. En la celda ocurren reacciones
electroqumicas de oxidacin reduccin provocada por la energa
elctrica. En el ctodo el ion cprico es reducido a cobre por los
electrones suplidos por la corriente y que vuelven dicho electrodo
de polaridad negativa. En el electrodo positivo hay un dficit de
electrones, y se descompone agua generndose oxigeno gaseoso que
burbujea en la superficie del nodo y adems cido sulfrico, de
acuerdo a la reaccin neta global :
REACCION DE CELDA O GLOBAL : CuSO4 + H2O => Cu + H2SO4 + 1/2
O2
(Expresada en forma molecular)
Como resultado de la estequiometria de la reaccin anterior, por
cada tonelada de cobre depositada en los ctodos,
Se generan: 1 T Cobre metlico
1.54 T cido sulfrico
0.25 T oxigeno (5.6 Nm3)
Se descomponen: 0.28 T agua
Se consumen: 1900 - 2300 kw/h
El electrolito es una solucin cida de sulfato de cobre que
contiene entre 30 y 50 g/l de Cu2+ y 130 a 160 g/l de H2SO4; la
temperatura de trabajo es del orden de 40 C. En el proceso de EW,
otras sustancias denominadas aditivos (sulfato de cobalto y
guarfloc) pueden ser agregadas al electrolito para mejorar los
resultados del proceso.
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Certamen Procesos Hidrometalrgicos.
La densidad de corriente se mantiene entre 250 y 300 A/hm2, para
tener la produccin ms alta posible compatible con una buena calidad
del depsito. En cada celda, los ctodos de acero inoxidable (1 m2)
se posicionan entre dos nodos de plomo aleado y permanecen
alrededor de 6-7 das recibiendo cobre en sus dos caras, logrando
cosechar un peso de 45 a 55 kg de cobre catdico por cara. Los
ctodos cosechados cosechados posteriormente se someten a las
operaciones de lavado, despegue de las lminas de cobre, encerado
del borde inferior y retorno a la celda.
