CURSO CURSO SX-CRSX-CR

OBJETIVO GENERAL DEL CURSOOBJETIVO GENERAL DEL CURSO

• El objetivo es entregar herramientas que permitan entender desde el punto de vista técnico y operacional el proceso de Sx-Cr.

Modulo 1Modulo 1

• ASPECTOS GENERALES DE LA OBTENCIÓN DEL COBRE

En la actualidad, la obtención del cobre En la actualidad, la obtención del cobre sigue dos caminos tradicionales sigue dos caminos tradicionales diferentes. Este depende de la diferentes. Este depende de la

naturaleza del mineral a tratar: mineral naturaleza del mineral a tratar: mineral oxidado o mineral sulfurado.oxidado o mineral sulfurado.

Proceso minerales sulfurados – via pirometalurgiaProceso minerales sulfurados – via pirometalurgia

Proceso minerales oxidados – via hidrometalurgiaProceso minerales oxidados – via hidrometalurgia

Los dos caminos anteriores pueden considerarse Los dos caminos anteriores pueden considerarse como los tradicionalmente más utilizados en la como los tradicionalmente más utilizados en la

obtención de cobre metálico. obtención de cobre metálico.

Dado que los procesos pirometalúrgicos de Dado que los procesos pirometalúrgicos de minerales sulfurados son económicamente más minerales sulfurados son económicamente más costosos - por la energía que debe proveerse al costosos - por la energía que debe proveerse al

proceso de molienda y fusión -, más contaminante proceso de molienda y fusión -, más contaminante - por la generación de gases tóxicos, razón por la - por la generación de gases tóxicos, razón por la que se les exigen la incorporación de plantas de que se les exigen la incorporación de plantas de tratamiento de gases, dada la actual exigencia tratamiento de gases, dada la actual exigencia ambiental -, se ha desarrollado una alternativa ambiental -, se ha desarrollado una alternativa

hidrometalúrgica.hidrometalúrgica.

““Proceso de Lixiviación Bacterial”. Proceso de Lixiviación Bacterial”.

• Este nuevo proceso hidrometalúrgico de tratamiento de mineral sulfurado incorpora organismos celulares o bacterias.

• las etapas involucradas en este proceso son muy similares a aquellas presentes en el tratamiento tradicional de óxidos.

Proceso minerales sulfurados – via lix bacterialProceso minerales sulfurados – via lix bacterial

La diferencia es que el mineral sulfurado en vez de ser La diferencia es que el mineral sulfurado en vez de ser lixiviado directamente con ácido, las bacterias son lixiviado directamente con ácido, las bacterias son

quienes realizan una lixiviación directa e indirecta. Las quienes realizan una lixiviación directa e indirecta. Las bacterias transforman los sulfuros, difícilmente lixiviables bacterias transforman los sulfuros, difícilmente lixiviables

con el ácido sulfúrico diluido, en sulfatos fácilmente con el ácido sulfúrico diluido, en sulfatos fácilmente

lixiviables con soluciones aciduladas.lixiviables con soluciones aciduladas.

MS + 2O2 bacteria MSO4.MS + 2O2 bacteria MSO4.

2S + 3O2S + 3O22 + 2H + 2H22O bacteria 2HO bacteria 2H22SOSO44

Además, estos microorganismos generan ión férrico y Además, estos microorganismos generan ión férrico y ácido sulfúrico a partir del fierro, agua y oxígeno presentes, ácido sulfúrico a partir del fierro, agua y oxígeno presentes,

los que finalmente disuelven (lixivian) el mineral ahora los que finalmente disuelven (lixivian) el mineral ahora sulfatado. Una desventaja de este proceso es el mayor sulfatado. Una desventaja de este proceso es el mayor tiempo que requiere el proceso de lixiviación y de las tiempo que requiere el proceso de lixiviación y de las condiciones ambientales que deben proveerse a las condiciones ambientales que deben proveerse a las

bacterias para su supervivencia y reproducciónbacterias para su supervivencia y reproducción

2Fe2Fe+2+2 + 2H + 2H++ + ½ O + ½ O22 bacteria 2Fe bacteria 2Fe+3+3 + H + H22OO

MS + Fe2(SO4) MS + Fe2(SO4) MSO4 + FeSO4 + Sº MSO4 + FeSO4 + Sº

Modulo 2Modulo 2

PROCESO EXTRACCIÓN PROCESO EXTRACCIÓN POR SOLVENTESPOR SOLVENTES

Descripción de ProcesoDescripción de Proceso

• La extracción por solventes (SX) aplicada a la hidrometalurgia es un proceso unitario para la purificación y concentración de una amplia variedad de metales.

• Esta consiste en el contacto íntimo de una fase orgánica que contiene un extractante con una fase acuosa que contiene el metal de interés disuelto.

Descripción de ProcesoDescripción de Proceso

• El extractante reacciona químicamente con el metal disuelto para formar un complejo órgano-metal, el cual es soluble en la fase orgánica. Las impurezas por lo general no reaccionan con el extractante y se quedan en la fase acuosa.

• La fase orgánica que contiene el complejo órgano - metal es separado de la fase acuosa.

• El metal es recuperado y concentrado en otra fase acuosa por inversión de la primera reacción química, a causa de un cambio en el pH.

Reacción química.El proceso de extracción por solventes se representa

mediante una reacción química reversible en la que se intercambian especies disueltas (iones) desde una fase liquida a otra, inmiscibles, según la siguiente ecuación.

• La separación del metal desde soluciones con contaminantes.

• La concentración del metal purificado, hasta un nivel compatible con su recuperación económica.

• La conversión del metal a un estado que simplifique su recuperación comercial.

Los objetivos básicos del proceso de SX son:

Propiedades principales de un extractantePropiedades principales de un extractante Extraer selectivamente el cobre desde las soluciones de lixiviación

Permitir la reextracción de cobre en forma compatible con la recuperación del metal hasta una forma comercial.

Ser estable en las condiciones del circuito de operación.

Poseer buena cinética de extracción.

No debe promover la formación de borras que interfieran en la separación de fases.

No debe transferir fases acuosas de una etapa a otra.

No ser susceptible de ser arrastrado por la fase acuosa.

Modulo 3Modulo 3

CRISTALIZACION DE SULFATO DE COBRE

CRISTALIZACION DE SULFATO DE COBRECRISTALIZACION DE SULFATO DE COBRE

• Se ha expresado que en la etapa de reextracción de la planta de extracción por solventes se retira cobre puro, contenido en el orgánico cargado, mediante una solución ácida concentrada. Por efecto de la alta acidez el orgánico cede cobre a esta solución.

Cu++ + 2RH > CuR2 + 2 H+

• Si el ácido es sulfúrico, el cobre se recoge bajo la forma de sulfato de cobre que se mantiene en solución y en los procesos tradicionales se envía en esta forma a celdas de electro-obtención donde se recupera el metal en forma de cátodos.

• Lo importante, sin embargo, es que el producto de la reextracción con ácido sulfúrico es sulfato de cobre y que esta reextracción progresará mientras exista una acidez suficiente para reaccionar con el orgánico cargado.

CuR2 + H2SO4 CuSO4 + 2RH

• Es preciso recordar además que la solubilidad del sulfato de cobre depende de la temperatura de la solución y de la cantidad de ácido sulfúrico presente.

ISOTERMAS CRISTALIZACIÓN DE SULFATO DE COBRE

-

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

H2SO4 (g/l)

Cu

(g/l)

Cu (20ºC) Cu (40ºC) Cu (60ºC)

Este gráfico define las siguientes alternativas de producción de sulfato Este gráfico define las siguientes alternativas de producción de sulfato de cobre en combinación con la extracción por solventes.de cobre en combinación con la extracción por solventes.

a. Concentración de la solución de reextracción por evaporación del agua. Ello aumenta a la vez la concentración de cobre y ácido hasta que se produce la sobresaturación y se inicia la precipitación, Un enfriamiento posterior de la sobresatura aún más y se precipitan cantidades adicionales de la sal. Debido a la necesidad de evaporar agua este método resulta caro y requiere fuertes inversiones en equipos especiales de calentamiento.

b. Reextracción del orgánico con solución ácida tibia o caliente y concentrarla hasta su punto de saturación, para luego enfriarla hasta sobresaturación y precipitación de los cristales. Representa un mejoramiento del método anterior, dado que es más económico calentar la solución que evaporarla, pero es aún consumidora de energía, además parte importante del calor se traspasa al orgánico, evaporando solventes.

c. Reextracción con solución ácida saturada. Constituye una variante del método anterior en el que la solución de reextracción está saturada previamente a si contacto con el orgánico cargado, pero teniendo a la vez la acidez suficiente para la reextracción.

• El ácido presente obliga al orgánico a entregar su cobre a una solución que ya no tiene capacidad para contenerlo, el resultado es una inmediata precipitación por sobresaturación en el interior del mezclador (in situ).

• Dado que la saturación se logra por el ingreso de cobre a la solución saturada a través de las reacciones químicas de intercambio iónico, el proceso ocurre a temperatura ambiente no existiendo consumos de combustible para el calentamiento de soluciones.

• Aunque la alternativa c) es poco conocida, es claramente la más conveniente económicamente.

CONFIGURACION DE UNIDADES DE CONFIGURACION DE UNIDADES DE CRISTALIZACION Y MANEJO DE CRISTALIZACION Y MANEJO DE

CRISTALESCRISTALES

La unidad de reextracción para cristalización por La unidad de reextracción para cristalización por sobresaturación interna de una planta de sobresaturación interna de una planta de extracción por solventes obedece exactamente a extracción por solventes obedece exactamente a los mismos parámetros de diseño que una los mismos parámetros de diseño que una planta convencional para la producción de planta convencional para la producción de electrolito, por lo cual son válidas todas las electrolito, por lo cual son válidas todas las características generales para esta sección de características generales para esta sección de reextracción ya señaladas; a ellas, deben reextracción ya señaladas; a ellas, deben sumarse las siguientes consideraciones:sumarse las siguientes consideraciones:

I. Se modifica la geometría del mezclador decantador de reextracción para permitir el manejo simultáneo de tres fases: orgánica sobrenadante, acuosa intermedia y cristales al fondo.

Orgánico

Acuoso

Pulpa

Pulpaa lavado y separación solido liquido

O.D.

E.S.

II. El decantador permite una acumulación localizada de los cristales y dispone de bombas de pulpa para su remoción.

III. Dado el carácter fuertemente hidrófobo del orgánico, se adhiere fácilmente a los cristales contaminándolos. Por lo tanto, se debe disponer de un equipo de “lavado de cristales” en el que se desprende por simple repulpamiento de los cristales.

IV. Los cristales son muy finos y de gran superficie especifica, lo que sumado a la alta acidez de la solución de descarga (sobre 200 gramos de ácido sulfúrico por litro) obliga a un lavado intenso con agua en HARNEROS que separan finalmente los cristales de la solución saturada. El agua de lavado se reincorpora a la solución de reextracción como agua de reposición para el proceso.

V. La reposición del ácido a la solución de reextracción se realiza por adición de ácido sulfúrico en el estanque de circulación se electrolito saturado, cuidando no dañar por degradación al orgánico presente.

Para un proceso de cristalización Para un proceso de cristalización interna por sobresaturación:interna por sobresaturación:

• La continuidad de fases en el mezclador es prácticamente indiferente.

• La velocidad se separación de fases en el decantador es independiente de la concentración de ácido y de cobre, aunque mejora ligeramente con los aumentos de densidad del electrolito.

• No hay diferencias importantes en la velocidad de decantación de fases, con respecto a una operación normal de reextracción.

De los datos anteriores pareciera concluirse la conveniencia de De los datos anteriores pareciera concluirse la conveniencia de usar la mayor concentración posible de ácido en la solución de usar la mayor concentración posible de ácido en la solución de reextracción ya que el intervalo de cobre en la solución es menor. reextracción ya que el intervalo de cobre en la solución es menor. Ello presenta límites prácticos de importancia como que: Ello presenta límites prácticos de importancia como que:

• La velocidad de degradación del orgánico aumenta con la acidez de la solución.

• El tamaño cristalino es inversamente proporcional a la acidez.

• Es más difícil lavar cristales finos con alta impregnación ácida.

• Es más difícil desimpregnar el orgánico desde una pulpa fina.

DESCRIPCIÓN DE LA DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE SULFATO DE PLANTA DE SULFATO DE

COBRECOBRE

La planta de sulfato se divide en La planta de sulfato se divide en dos seccionesdos secciones

• Extracción por solventes

• Cristalización

A continuación se describen las operaciones básicas que se deben considerar para operar la planta de sulfato de cobre en cada una de estas dos secciones

El funcionamiento correcto del sector de SX de la El funcionamiento correcto del sector de SX de la planta, se basa en la observación de los planta, se basa en la observación de los siguientes principios de importancia.siguientes principios de importancia.

Regularidad de Flujos

• Deben mantenerse tan constantes como sea posible los caudales de los líquidos que circulan por la planta, ajustándose a las indicaciones entregadas por el Jefe de la Planta. Cuando los flujos deban modificarse, se ajustarán las posiciones de las válvulas a intervalos fijos, esperando un tiempo suficiente para apreciar el efecto alcanzado antes de introducir una nueva modificación.

• Este tiempo es función del tiempo de residencia de los flujos en los mezcladores, a flujo máximo y corresponde a un mínimo de 60 minutos en esta planta.

Profundidad de las capas de Orgánico en Decantadores

• La altura de la capa de orgánico en la zona de entrada a la canaleta respectiva de cada decantador debe mantenerse con un espesor suficiente para que pueda rebalsar limpio, con un mínimo de atrapamiento de gotitas del acuoso de la etapa, para evitar contaminar las fases acuosas de las etapas siguientes por las que pasa el orgánico en su circulación por la planta.

Control de Entradas de Aire

• Debe evitarse el acceso de aire a las líneas hidráulicas que conducen líquidos a los mezcladores. Ello originará burbujas finas en su interior, que luego afectarán la separación de fases en el decantador por causas estabilización de borras en la interfaces de los líquidos.

Modulo 4Modulo 4

Condiciones de OperaciónCondiciones de Operación

BALANCE DE MASA GLOBAL PROCESO BALANCE DE MASA GLOBAL PROCESO RECRISTALIZACIÓNRECRISTALIZACIÓN

T/mes 300 500 750 1.000 1.250 1.500 1.750 2.000 2.400

T/día 2,5 4,2 6,3 8,3 10,4 12,5 14,6 16,7 20,0

m3/h 28,9 48,2 72,3 96,5 120,6 144,7 168,8 192,9 231,5

o/a 1 1 1 1 1 1 1 1 1

m3/h 28,9 48,2 72,3 96,5 120,6 144,7 168,8 192,9 231,5

g/l 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6

o/a 2 2 2 2 2 2 2 2 2

l/m 4 24 36 48 60 72 84 96 116

l/m 1,5 2,4 3,7 4,9 6,1 7,3 8,5 9,7 11,7

Flujo pulpa a L-1 20% c/orgànico l/m 27,8 46,3 69,4 92,6 115,7 138,9 162,0 185,2 222,2

Flujo pulpa a L-2 20% s/organico l/m 27,8 46,3 69,4 92,6 115,7 138,9 162,0 185,2 222,2

Pulpa a Harneros de Alta frecuencia l/m 27,8 46,3 69,4 92,6 115,7 138,9 162,0 185,2 222,2

Flujo sulfato 4% H2O a Horno Secado m3/h 0,35 0,58 0,87 1,16 1,45 1,74 2,03 2,31 2,78

Flujo sulfato 4% H2O a Horno Secado Ton/h 0,43 0,72 1,09 1,45 1,81 2,17 2,53 2,89 3,47

Carga efectiva

Producción

Finos Cu

Flujo PLS

Razón Extracción

Flujo OD

Flujo ES

Flujo H2SO4 a CR

Razón Reextracción

Cosecha de PulpaCosecha de Pulpa

Orgánico

Acuoso

Pulpa

Pulpaa lavado y

separación sólido liquido

O.D.

E.S.

Reposición de Ácido Sulfúrico y AguaReposición de Ácido Sulfúrico y Agua

• La cristalización interna produce un consumo estequiométrico de agua (5 mol) y de ácido (1 mol) por cada mol de Cu S04x 5 H2O producido.

Cu++ + H2SO4 + 5 H2O -- CuSO4x5H2O + 2 H+

• Ello obliga a reponer constantemente ambos reactivos para mantener el equilibrio de las soluciones.

• La reposición de agua se realiza directamente a la planta a través del estanque de solución saturada, mediante el ajuste de la válvula correspondiente, al caudal indicado por el Jefe de Planta y tomando en cuenta el ingreso de agua por lavado de cristales en la zaranda y limpieza general de líneas.

• La reposición de ácido se realiza en el Tk de Electrolito, mediante el ajuste de la válvula al caudal indicado en la tabla N°1 para la producción deseada. El aumento de su concentración contribuye a bajar la solubilidad del sulfato de cobre, por efecto del ion común S042- .

• Dado que el ácido se agregará concentrado, su efecto degradante sobre el orgánico será elevado, lo ideal será agregarlo en las zonas de menos concentración de arrastres de orgánico.

Lavado de Cristales.Lavado de Cristales.

• Los cristales formados en la etapa de reextracción por sobresaturación interna sufren de una fuerte impregnación de orgánico, producto de la fuerte hidrofobidad de ese material. Esta impregnación representa una contaminación de los cristales y una pérdida de orgánico de la planta, ambos factores que deben ser evitados.

Lavado de Cristales.Lavado de Cristales.

• El lavado de cristales se realiza continuamente en la planta con los equipos dispuestos para este fin. Básicamente ellos consisten en bombas para succionar los cristales desde el fondo de los decantadores de reextracción, que alimentan los hidrociclones y el under cae a los lavadores de cristales, la agitación es con aire o mecánica, para producir un rompimiento mecánico y la separación de los cristales con orgánico, de forma tal que el roce producido por los cristales desprende rápidamente el orgánico presente para que coalesca y suba a la superficie.

Operación Tks de Electrolito saturado y Operación Tks de Electrolito saturado y

Orgánico descargado.Orgánico descargado.

• La operación con los Tks de Electrolito Saturado y Tks de Orgánico Descargado, se fundamenta en mantener un flujo continuo sin perdidas de electrolito u orgánico, así como también poder retirar en forma continua del fondo de los TKS el sulfato decantado sin quitar espacio a la solución saturada.

Operación Tks de Electrolito saturado y Operación Tks de Electrolito saturado y Orgánico descargado.Orgánico descargado.

• Además se debe trabajar solo con uno de los TKS de Electrolito Saturado , mientras el otro se utilizara durante los periodos de limpieza del mezclador o decantador, el electrolito saturado se retirará desde el fondo. Luego de la detención se enviara el electrolito saturado al mezclador en el momento de la puesta en servicio.

Operación Tks de Electrolito saturado y Operación Tks de Electrolito saturado y Orgánico descargado.Orgánico descargado.

• De igual manera se debe trabajar solo con uno de los TKS orgánico descargado , mientras el otro se utilizara durante los periodos de limpieza del mezclador o decantador, el orgánico descargado se retirará desde el fondo. Luego de la detención se enviara el orgánico al mezclador en el momento de la puesta en servicio.

Separación sólido - liquidoSeparación sólido - liquido

• En la Separación sólido-liquido se debe tener presente que los cristales son muy finos y de gran superficie especifica, lo que sumado a la alta acidez de la solución de descarga (sobre 200 gramos de ácido sulfúrico por litro) obliga a un lavado intenso con agua en CENTRIFUGA que separan finalmente los cristales de la solución saturada. El agua de lavado se reincorpora a la solución de reextracción como agua de reposición para el proceso.

• El pH del sulfato de cobre debe fluctuar entre 3 y 3,5.

Secado de cristalesSecado de cristales

• Un aspecto fundamental en el secado de los cristales es el pH o acidez presente en los cristales luego de la separación sólido-liquido.

• Con un pH bajo 3, el secado se tornara difícil y el cristal a secar no lograra los parámetros deseados.

• Además si los cristales después de secado tienen un pH inferior a 3, se compactaran en un periodo corto, dificultando su trasvasije y disolución posterior.

Limpieza líneas y bombasLimpieza líneas y bombas

• Debido a que el proceso de cristalización con electrolito saturado es muy sensible a los cambios de temperatura y estancamientos, produciendo cristalizaciones masivas. La Planta debe contar con sistema de lavado y drenaje en todas las bombas de electrolito saturado, pulpa, salidas de cristalizadores y líneas que puedan quedar fuera de operación.

• La limpieza consiste en tener un programa de operación de las bombas, dejandolas fuera de servicio y lavar con agua (de preferencia caliente), para dejarla en condiciones de operación.

Limpieza de Mx-CrLimpieza de Mx-Cr

• Se debe confeccionar un check list de limpieza del Mx-Cr, este debe ser detenido cada 24 horas para eliminar el sulfato incrustado en el agitador y en las paredes, bafles y canal de descarga.

Los pasos a seguir son los siguientes:

• Detener el agitador.• Detener el flujo de orgánico y desplazarlo

completamente con ES.• Diluir electrolito al 50% (introducir 3 m3 de agua fresca)• Agitar por 30 minutos.• Normalizar flujo de OC.

CuSO4x5H2O