Lixiviacion Por Agitacion de Oxidos de Cobre

LIXIVIACION POR AGITACION DE OXIDOS DE COBRE

1. RESUMEN

Se realizaran ensayos de lixiviación por agitación en botella, que consiste en agregar una cierta cantidad de mineral, previamente homogenizado mediante técnicas de cuarteo, hasta obtener la masa requerida, a un botellón de laboratorio. Luego se preparan distintas concentraciones de acido sulfúrico, que vendría a ser la solución lixiviante, la cual es vertida también en el botellón, para luego ser agitada en unos rodillos que producen un movimiento circular sobre un eje imaginario en el plano horizontal, se realizaran mediciones de concentración, tanto del Cu, como del acido consumido, cada cierto tiempo, para cada fuerza acida y así poder realizar curvas cinéticas que nos ayudaran a predecir la eficiencia del proceso mediante el calculo de los valores óptimos de los parámetros a estimar, los cuales mejoraran el rendimiento de nuestro proceso, todo esto es consecuencia del modelamiento del proceso.

2. INTRODUCCION

Es común pensar en lixiviación como una simple disolución selectiva del metal deseado, por ende si tengo acido y un mineral, los mezclo en proporciones razonables y espero que el acido haga su trabajo, por ende lo que hasta el momento me interesa es la masa del mineral, su ley, el volumen del acido, su concentración y el tiempo necesario para que la disolución sea completa y no perder mas tiempo. Pero si me interesa saber como ocurre la disolución, como la masa del Cu y concentración del acido va disminuyendo y como aumenta el catión Cu+ en la solución, para poder predecir mediante un modelo los valores óptimos y hacer proyecciones interpolando o extrapolando el modelo, entonces se debe monitorear el proceso analizando muestras mediante la titulación, para poder calcular el acido libre, por ende el consumo de acido, así como la concentración del metal en solución, de acuerdo a estos valores puedo predecir el tiempo optimo para el proceso, mediante las curvas cinéticas.

3. OBJETIVOS

- Aprender a realizar pruebas de lixiviación por agitación de óxidos de cobre.- Obtener parámetros de operación (consumo de acido, tiempo optimo de

agitación, fuerza de acido, extracción del cobre, etc.- Diseñar un proceso a nivel industrial.

4. TEORIA

Lixiviación por Agitación.

Este método se aplica par menas de altas leyes, que pueden estar comprendidas para el caso del cobre entre 5 y 30% Cu y en el caso de calcinas entre 30 y 40 % Cu., es usualmente preparado para lixiviación de un material molido (55%<200m), la solución lixiviante es de acidez fuerte (50 a 100 gpl) y a una concentración de sólidos de 40 a 45%.Los tiempos de lixiviación toman lugar entre 2 a 5 horas.

La Agitación puede ser por agitación mecánica y/o neumática, en el caso de la agitación mecánica, esta se puede ver en la siguiente figura:

Fig. 4.1: Planta de lixiviación por agitación

Ácidos

El ácido sulfúrico es el más importante agente de lixiviación, las menas oxidadas de cobre y de zinc son fácilmente solubles en ácido sulfúrico diluido, por ejemplo:

CuCO3.Cu(OH)2 + 2H2SO4 2CuSO4 + CO2 + 3H2O

ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O

Impurezas tal como el hierro oxidado son disueltas en pequeñas cantidades:

Fe2O3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3H2O

5. EXPERIMENTACION

5.1 Materiales- Probetas de 1l y 100ml- Pipeta- Bureta- Botellón- Baldes- Vaso de precipitación- Soporte Universal- Pinzas

5.2 Insumos- Acido sulfúrico concentrado (H2SO4)- Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.1N- Anaranjado de metilo- Mineral oxidado de Cu- Agua potable

5.3 Procedimiento

1) Reducir el mineral al 100% -m10.2) Homogenizar y cuartear progresivamente el mineral.3) Pesar 0.5 Kg. de mineral para cada grupo.4) Se preparan 2l de solución lixiviante (solución de H2SO4) según :- Grupo 1: fuerza de acido = 10 g/l- Grupo 2: fuerza de acido = 30 g/l- Grupo 3: fuerza de acido = 50 g/lPara lo cual se dispone de una solución de H2SO4 concentrado y se aplica la siguiente relación para hallar las fuerzas pedidas:Si piden: X g/l de H2SO4

M = (X g/l) (2 l) = 2X g de H2SO4

V = M / D = (2X g) / (1.84 g/ml) = 1.087X ml de H2SO4

Se mezclan 1.087X ml de H2SO4 con la cantidad de agua necesaria para llegar hasta 2l de solución de H2SO4 con X g/l, teniendo en cuenta que siempre se debe adicionar poco a poco el H2SO4 al agua en mayor proporción y no al revés.

5) Para cada grupo se vierte la solución lixiviante sobre el mineral de Cu, en la relación L / S = 2 / 1 = 2 => se necesitara por 1 Kg de mineral 2 l de agua.

6) Inmediatamente se lleva a los rodillos de agitación para que produzcan el movimiento circular con eje en el plano horizontal, y esto a su vez haga que el mineral suba y baje constantemente.

7) Tomar muestras y analizar la solución rápidamente en los intervalos de tiempo de: 5`, 0.5, 1, 2 y 24 horas, donde se analizara el acido libre y análisis por cobre.

Acido libre: Concentración del acido que queda en el producto con el tiempo Para calcular el acido libre se titula con Na2CO3 0.1N, agregando 2 gotas de anaranjado de metilo una muestra de 5 ml de la solución después de haber pasado el tiempo requerido, hasta que cambie de color rojo a naranja, el volumen gastado de titulante se usa para determinar la concentración de ácido libre mediante:

C (H2SO4) g/l libre = (N (Na2CO3) eq/l) (V (Na2CO3) ml) (Peq (H2SO4) g/eq) V sol. ml

C (H2SO4) g/l libre = (0.1 eq/l) (V (Na2CO3) ml) ((98/2) g/eq) V sol. ml

C (H2SO4) g/l libre = 4.9 (V (Na2CO3) ml) g/l V sol. ml

C (H2SO4) g/l gastado = C (H2SO4) g/l - C (H2SO4) g/l libre

C (H2SO4) g/l gastado = X g/l - 4.9 (V (Na2CO3) ml) g/l V sol. ml

M (H2SO4) g gastado = (C (H2SO4) g/l gastado) (V l total)

M (H2SO4) g gastado = 2 (C (H2SO4) gastado) g

Consumo Kg/TM = (M (H2SO4) g gastado) / (M total Kg )

Consumo Kg/TM = 2 (C (H2SO4) g gastado) / (M Kg total )

V (H2SO4) l gastado = (M (H2SO4) g gastado) / (D g/ml )

V (H2SO4) l gastado = 2 (C (H2SO4) gastado) ml / (1.84 )

V (H2SO4) l gastado = 1.087 (C (H2SO4) gastado) ml

Se debe reponer el volumen de acido gastado y se enrasa con agua hasta los 2 l para mantener la fuerza del acido constante, se repite el procedimiento para cada análisis en cada tiempo indicado.

Análisis por cobre: Se separan 45 ml de solución en cada intervalo de tiempo indicado, para su posterior análisis por concentración de Cu disuelto.En total son 50ml para análisis los cuales son considerados para efectos de cálculos.Se realizaran los siguientes cálculos:

Fino g = (V sol. l) (Ley de sol. de Cu g/l) + (V análisis a titular l) (Σ (Ley anterior g/l))

Fino g = (1 l) (Ley de sol. de Cu g/l) + (0.05 l) (Σ (Leyes anteriores g/l))

Para el primer fino Ley anterior = 0

Fino g = (1 l) (Ley de sol. de Cu g/l)

Finos de Cu Relave g = (1000 x M rel. Kg) (% de Cu / 100)

Finos de Cabeza calculada g = Finos de Cu Distribución g + Finos de Cu Relave g

% extracción Cu = (Fino de Cu disuelto) (100)Cu cabeza calculada

% de cabeza calculada = 100 x Finos de Cabeza calculada g 1000 x M total de cabeza calculada Kg

8) Con los datos obtenidos se realizan los cálculos de extracción de Cu y consumo

de H2SO4 para luego expresar sus valores en una grafica teniendo como variable independiente y a optimizar, el tiempo.

5.4 Cálculos y Resultados

Peso del mineral : 0.5 Kg .Granulometría : 100% -10mLiquido / Sólido : 2/1Volumen de agua : 2 lFuerza de H2SO4 : 10, 30 y 50 g/lTiempo de agitación : 5`, 0.5h, 1h, 2h, 24h.

Tablas:

Tabla 5.1: Balance metalúrgico para el mineral de Cu con fuerza de acido = 10g/lTiempo (h) Can. Sol.

Cos. (l, Kg)Ley de Sol.

(g/l) y %Titulaciones Finos Cu

(g)Extracción Cu (%) Con. H2SO4 (Kg/TM)

Parcial Acumulado Parcial Acumulado Parcial Acumulado Parcial Acumulado0,083 0,083 1 7,7 0 0 7,7 29,412% 29,412% 19,6 19,60,417 0,5 1 12,5 0,385 0,385 12,885 19,805% 49,217% 19,2 38,8

1,5 2 1 14,2 0,625 1,01 15,21 8,881% 58,098% 19,4 58,218 20 1 15,2 0,71 1,72 16,92 6,532% 64,629% 19,4 77,6

4 24 1 16,2 0,76 2,48 18,68 6,723% 71,352% 19,6 97,2Relave 0,5 1,500% 7,5 28,648% 100,000%

Cabeza calculada 0,5 5,236% 26,18Cabeza analizada 0,5 5,200% 26

Tabla 5.2: Balance metalúrgico para el mineral de Cu con fuerza de acido = 30g/lTiempo (h) Can. Sol.

Cos. (l, Kg)Ley de Sol.

(g/l) y %Titulaciones Finos Cu

(g)Extracción Cu (%) Con. H2SO4 (Kg/TM)

Parcial Acumulado Parcial Acumulado Parcial Acumulado Parcial Acumulado0,083 0,083 1 10,2 0 0 10,2 38,776% 38,776% 44,32 44,320,417 0,5 1 15,4 0,51 0,51 15,91 21,707% 60,483% 43,52 87,84

0,5 1 1 18,2 0,77 1,28 19,48 13,572% 74,054% 24,98 112,821 2 1 18,3 0,91 2,19 20,49 3,840% 77,894% 16,74 129,56

22 24 1 19,2 0,915 3,105 22,305 6,900% 84,794% 14,8 144,36Relave 0,5 0,800% 4 15,206% 100,000%


Tabla 5.3: Balance metalúrgico para el mineral de Cu con fuerza de acido = 50g/l

Tiempo (h) Can. Sol. Cos. (l, Kg)

Ley de Sol. (g/l) y %

Titulaciones Finos Cu (g)

Extracción Cu (%) Con. H2SO4 (Kg/TM)Parcial Acumulado Parcial Acumulado Parcial Acumulado Parcial Acumulado

0,083 0,083 1 15,7 0 0 15,7 59,369% 59,369% 32,18 32,180,417 0,5 1 17,2 0,785 0,785 17,985 8,641% 68,009% 4,35 36,53

0,5 1 1 20,5 0,86 1,645 22,145 15,731% 83,740% 22,78 59,311 2 1 22,5 1,025 2,67 25,17 11,439% 95,179% 3,57 62,88

22 24 1 22,6 1,125 3,795 26,395 4,632% 99,811% 5,53 68,41Relave 0,5 0,010% 0,05 0,189% 100,000%


Figuras:

Extraccion de Cu vs. tiempo

y = 0,0648Ln(x) + 0,4976

R2 = 0,9337

y = 0,0809Ln(x) + 0,6608

R2 = 0,8467

y = 0,0771Ln(x) + 0,8015

R2 = 0,8507

0,000%

20,000%

40,000%

60,000%

80,000%

100,000%

120,000%

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000

tiempo (h)

% e

xtra

cció

n

10 g/l H2SO4

30 g/l H2SO4

50 g/l H2SO4

Logarítmica (10 g/l H2SO4)



Consumo de H2SO4 vs. tiempo

y = 17,832Ln(x) + 101,31

R2 = 0,8815

y = 12,395Ln(x) + 49,136

R2 = 0,9588

y = 6,9875Ln(x) + 50,893

R2 = 0,7798

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000

tiempo (h)

con

sum

o (

Kg

/TM

)

10 g/l H2SO4

30 g/l H2SO4

50 g/l H2SO4




Fig. 5.1: Extracción de Cu vs. Tiempo Fig. 5.2: Consumo de acido vs. Tiempo

6. CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es el consumo máximo de acido (Kg/TM)?

Para efectos de cálculo se hace tender los puntos de la grafica a una función exponencial de la siguiente forma:

Consumo = K1 ( 1 – e K2 . t )

Donde: K1 = Consumo máximo en Kg/TM

Tabla 6.1: Consumo máximo de acido para fuerza = 10g/lK1 (Kg/TM) 58,28 Máximo

K2 -294,1541Tiempo Consumo Estimado Error^20,083 19,6 58,28 1496,1424

0,5 38,8 58,28 379,4703992 58,2 58,28 0,0064

20 77,6 58,28 373,26240124 97,2 58,28 1514,7664

3763,648


K2 -294,1541Tiempo Consumo Estimado Error^20,083 44,32 103,78 3535,49159

0,5 87,84 103,78 254,0835971 112,82 103,78 81,72160182 129,56 103,78 664,608405

24 144,36 103,78 1646,736416182,6416


K2 -294,1541Tiempo Consumo Estimado error^20,083 32,18 51,8619998 387,381116

0,5 36,53 51,8619998 235,0702182 59,31 51,8619998 55,4727071

20 62,88 51,8619998 121,39632924 68,41 51,8619998 273,836311

1073,15668

2) ¿Cuál es el tiempo óptimo de agitación para cada prueba?

Para efectos de cálculo se hace tender los puntos de la grafica a una función exponencial de la siguiente forma:

Extracción = K1 ( 1 – e K2 . t ) Donde: K1 = Extracción máxima en %

Tabla 6.4: Extracción máxima de Cu para fuerza = 10g/l

K1 0,54541635 MáximaK2 -294,1541

Tiempo Extracción estimado Error^20,083 29,412% 54,542% 0,06315104

0,5 49,217% 54,542% 0,002835222 58,098% 54,542% 0,00126462

20 64,629% 54,542% 0,0101764824 71,352% 54,542% 0,02825943

0,10568679

Tabla 6.5: Extracción máxima de Cu para fuerza = 30g/lK1 0,67200152 MáximaK2 -294,1541

Tiempo Extracción estimado Error^20,083 38,776% 67,200% 0,08079382

0,5 60,483% 67,200% 0,004512281 74,054% 67,200% 0,004698022 77,894% 67,200% 0,0114357

24 84,794% 67,200% 0,030953520,13239335

Tabla 6.6: Extracción máxima de Cu para fuerza = 50g/lK1 0,81221403 MáximaK2 -294,1541

Tiempo Extracción estimado error^20,083 59,369% 81,221% 0,04775493

0,5 68,009% 81,221% 0,017456562 83,740% 81,221% 0,00063425

20 95,179% 81,221% 0,0194805424 99,811% 81,221% 0,03455705

0,11988333

El tiempo óptimo para este caso, es el menor posible cuando la variación de la extracción de Cu y el consumo de acido prácticamente es despreciable, es decir no depende del tiempo, pero en las estimaciones los valores son prácticamente constantes, por ende el valor mas cercano a esa constante seria la que defina al tiempo optimo que en este caso seria 2 horas porque su imagen es el mejor promedio en todos los casos.

3) Realice el balance metalúrgico a partir de las soluciones y cabeza analizada.El balance metalúrgico de cada caso esta indicado en las tablas 5.1, 5.2 y 5.3

4) Realice el balance metalúrgico a partir del relave y la cabeza.El balance metalúrgico de cada caso esta indicado en las tablas 5.1, 5.2 y 5.3

5) ¿Cuál es la máxima extracción del cobre en el mineral.

Según la Tabla 6.4: Extracción máxima de Cu para fuerza (10g/l) = 54.542%Según la Tabla 6.5: Extracción máxima de Cu para fuerza (30g/l) = 67.2%Según la Tabla 6.6: Extracción máxima de Cu para fuerza (50g/l) = 81.221%

6) Construya las curvas de cinética de extracción y consumo de acido.

Están indicadas en las figuras 5.1 y 5.2

7) De acuerdo a las curvas de extracción y consumo de acido, cuales serian los valores del consumo de acido y % de extracción de Cu que usted recomendaría para una operación a nivel industrial.

Para fuerza (10g/l) => %ext. = 54.542% Consumo = 58,28 Kg/TMPara fuerza (30g/l) => %ext. = 67.2% Consumo = 103,78 Kg/TMPara fuerza (50g/l) => %ext. = 81.221% Consumo = 51,86 Kg/TM

8) Hable sobre los procesos de lixiviación de óxidos de cobre empleando pilas.

Lixiviación en Pilas o Montones.Este tipo de metodología se emplea generalmente para menas de cobre y oro, mediante este método se trata menas oxidadas, las cuales son trituradas a <2” por regla general y en algunos casos se trata tal como sale de la mina y luego son apiladas en montones en un sitio especialmente preparado (impermeabilización), en la cual el ciclo de lixiviación varia en meses (de 4 a 6 meses) y al cantidad apilada es de aproximadamente de 3x105 TM.

Fig. 6.1: Lixiviación en montón

En este caso para el cobre las leyes varían entre 0.5 a 1.0% Cu, la solución lixiviante se alimenta a una concentración de 2 a 10gpl de ácido sulfúrico, obteniéndose soluciones ricas entre 2 a 5 gpl de cobre.

En el caso de menas de oro, se tratan minerales con leyes entre 0.3 a 2 gpt d Au y la altura de los módulos pueden variar entre 6 a 10 m.

El riego puede ser por aspersión o por goteo tal como se puede apreciar en las siguientes fotos:

Fig. 6.2. Riego por aspersión Fig. 6.3: Riego por aspersión

7. CONCLUSIONES

Las graficas pueden reflejar que:A mayor fuerza de acido mayor consumo de acido y mayor extracción de Cu A mayor tiempo mayor extracción de Cu y consumo de acido, pero tiende a un limite.Las graficas tienen un mejor ajuste logarítmico, pero esto no es posible, ya que en el tiempo 0, la extracción y el consumo deberían ser 0, lo cual es imposible ya que no hay logaritmo de 0 y en el limite es menos infinito, valor incalculable.El ajuste fue exponencial restringiendo para cuando el tiempo es 0 su imagen es 0 y para el tiempo infinito, en el limite tiende a un valor constante, dicho ajuste fue el mejor, sin embargo el error fue grande y prácticamente no presento variación en los puntos analizados, lo cual hace pensar que no se hizo un buen análisis, y que no se esta trabajando en la etapa controlante del proceso, lo cual no es cierto, ya que la dispersión de los puntos si se ajusta a una curva logarítmica, por ende seria conveniente modelar con otro tipo de funciones para mejorar el ajuste y poder gobernar el proceso.

8. RECOMENDACIONES

Se recomienda al momento de realizar los cálculos, considerar los 50ml de la muestra para el análisis por titilación.Al momento de realizar el laboratorio, coincidir los tiempos de los distintos grupos, esto ayudara a tener mejores ajustes y poder comparar en un mismo tiempo como influyen las otras variables.Se recomienda tener a la mano todos los modelos posibles para estimar con mejores ajustes las variables.Conocer la herramienta solver del Excel, ya que fue utilizada para calcular los valores máximos de extracción y consumo, en el ajuste de una curva minimizando el error.

9. BIBLIOGRAFIA

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