INSTITUTO IBEROAMERICANO DE METALURGIA EXTRATIVA IBEROMETEX Instituto Iberoamericano de Metalurgia Extractiva S.A.C. Calle Marcahuasi Mz. E1 Lte. 2 - 3ra Etapa - Urb. Portada Del Sol - La Molina - Lima - Perú Telefonos - Oficina : (511) 365-7308 / RPC (51) 948315124 - (51) 948315123 / Móvil (51) 9795-59936 Emails : [email protected] / [email protected]WebSite : www.iberometex.com Lima 1 de Noviembre del 2012 Srs. Compañía Minera Atacocha S.A.A Av. San Borja Norte 523- San Borja Atencion: Ing German Arce e Ing Juan Chia Asunto: Entrega Del Informe Final del Estudio Metalúrgico de Lixiviación de Concentrado de Flotación de Plomo y Cobre con alto Contenido de Contaminante de Arsénico, Antimonio Y Bismuto En atención al requimiento solicitado del estudio de lixiviación de Concentrado De flotación De cobre con alto Contenido de Contaminante de Arsénico, Antimonio y Bismuto con concentrados de flotación provenientes de la unidad minera de producción Atacocha. Hacemos llegar nuestro informe técnico realizado en el laboratorio Químico metalúrgico de Lima de Química Germana. .En el citado informe se precisa las subsiguientes etapas de continuación de los estudios metalúrgicos a efectos de evaluar su aplicabilidad industrial desde la óptica costo beneficio en la misma unidad minera Atentamente Ing. Julio Tremolada Payano Director Gerente Instituto Iberoamericano de Metalurgia Extractiva S.A.C. Calle Marcahuasi Mz. E1 Lte. 2 - 3ra Etapa - Urb. Portada Del Sol - La Molina - Lima - Perú Telefonos - Oficina : (511) 365-7308 / RPC (51) 948315124 - (51) 948315123 / Móvil (51) 9795-59936 Emails : [email protected] / [email protected]WebSite : www.iberometex.com
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Lima 1 de Noviembre del 2012 Srs. Compañía Minera Atacocha S.A.A Av. San Borja Norte 523- San Borja Atencion: Ing German Arce e Ing Juan Chia Asunto: Entrega Del Informe Final del Estudio Metalúrgico de Lixiviación de Concentrado de Flotación de Plomo y Cobre con alto Contenido de Contaminante de Arsénico, Antimonio Y Bismuto En atención al requimiento solicitado del estudio de lixiviación de Concentrado De flotación De cobre con alto Contenido de Contaminante de Arsénico, Antimonio y Bismuto con concentrados de flotación provenientes de la unidad minera de producción Atacocha. Hacemos llegar nuestro informe técnico realizado en el laboratorio Químico metalúrgico de Lima de Química Germana. .En el citado informe se precisa las subsiguientes etapas de continuación de los estudios metalúrgicos a efectos de evaluar su aplicabilidad industrial desde la óptica costo beneficio en la misma unidad minera Atentamente Ing. Julio Tremolada Payano
Director Gerente
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RESUMEN En la zona central y Norte del Perú existen minerales que contienen altos contenidos de As, Sb y Bi. Por flotación no se pueden eliminar estos elementos y se reportan en el concentrado de flotación. Si el porcentaje hallado va de 0.25% a 2.0% reciben castigos económicos (por cada 0.10% adicional); si llegase al 3% o a mayores porcentajes, los castigos son más severos y a veces es difícil colocarlos en el mercado. Mayores porcentajes de arsénico y antimonio simplemente son rechazados por las fundiciones. En este trabajo de investigación hemos lixiviado el concentrado de Pb y Cu con hidróxido de sodio y sulfuro de sodio y la mezcla de ambos con una agitación vigorosa de 600rpm y a una temperatura de 90oC
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Introducción En la naturaleza se encuentra una amplia gamma de minerales, metálicos y no metálicos, sulfuros y óxidos, que concentrándolos se puede obtener en algunos casos productos de buena calidad, es decir tienen buenas leyes y se encuentran libres de impurezas. En otros minerales que tienen contaminantes sus respectivos concentrados, igualmente salen contaminados, entre los elementos más perjudiciales tenemos al As, Sb, Bi y Hg; en el caso de arsénico (As), cuando esta bajo la especie mineral de arsenopirita es posible controlarlo por flotación; sin embargo cuando esta como geocronita(Pb5SbAsS), jamesonita(Pb4FeSbS14), enargita(3Cu2SAs2S5), tetraedrita(4Cu2SSb2S3) y otros, no es posible controlar o reducir las impurezas por flotación por lo que se hace necesario darle tratamientos piro o hidrometalurgicos; los primeros están en declive por razones medio ambientales. Entre los reactivos químicos que han demostrado su poder disolvente selectivo sobre el arsénico y antimonio las principales impurezas, son el hidróxido de sodio y el sulfuro de sodio. La lixiviación de minerales de sulfuro de cobre y arsénico antimonio en solución de sulfuro alcalino se ha estudiado ampliamente y reportados por la literatura (Balaz y Achimovicová, 2006a; Balaz y Achimovicová, 2006b; Balaz et al, 1998;.. Balaz et al, 1992; Balaz et al, 2001;. Delfini et al, 2003;. Frohlich y Miklos, 2001; Samuel, 2008; 2005), sin embargo, la información detallada con respecto a la cinética de disolución de tetraedrita natural en soluciones alcalinas de sulfuro no se ha documentado totalmente. En el estudio actual, el efecto de la temperatura de reacción, tamaño de partícula mineral, y la concentración de sulfuro de sodio e hidróxido de sodio se investigaron para estudiar la cinética de reacción de tetraedrita en solución alcalina acuosa de sulfuro de sodio e identificar el determinante de la velocidad de proceso en Cu12Sb4S13 Na2S-NaOH.
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Objetivos Reducir mediante pruebas de lixiviación alcalina, los concentrados de Cu y Pb con alto contenido de As, Sb y Bi A determinados niveles para que sea factible comercialización con bajas penalidades y para su aceptación para las fundiciones. Aplicar esta tecnología a otros concentrados de cobre y plomo que tengan los mismos problemas muy abundantes en nuestro país.
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Marco Teórico El efecto de la concentración de antimonio Na2S Cuando reacciona con iones sulfuro se forman compuestos complejos, sin embargo, la lixiviación de tetraedrita en solución de sulfuro alcalino se traducirá en una variedad de productos de reacción. Estos incluyen calcosina (Cu2S) o covelita (CuS), mientras que el antimonio se disuelve como thioanions: thioantimonite (SbS33-), thioantimonate (SbS43-) etc. dependiendo de la composición de la alimentación y las condiciones de reacción (Filippou et al, 2007.). Por lo tanto, la influencia de la concentración de sulfuro de sodio sobre la lixiviación tetraedrita es un parámetro importante a investigar. La reacción de disolución de tetraedrita en soluciones alcalinas de sulfuro se expresa como sigue: Cu12Sb4S13 (s) + 2Na2S (aq) → 5Cu2S (s) + 2CuS (s) + 4NaSbS2 (aq) (1) NaSbS2 (aq) + Na2S (aq) → Na3SbS3 (aq) (2) Se han llevado a cabo experimentos de lixiviación para investigar el efecto de los cambios en la concentración inicial de sulfuro de sodio en el intervalo de 100 a 250 g / L a 105 º C en soluciones que contienen 60 g / L de Na(OH). La cantidad de sólidos lixiviada se mantuvo constante a 2,5 g que fue tomada de una fracción de 53 micras de tamaño. En la figura. 1 es evidente que la velocidad de disolución de antimonio tetraedrita por el lixiviante aumenta constantemente con la creciente concentración de sulfuro de sodio, y la velocidad de disolución a una concentración de Na2S de 250 g / L es mucho mayor que en 150 y 100 g / L Na2S. El resultado muestra que la lixiviación de la tetraedrita es fuertemente dependiente de la concentración de sulfuro de sodio. Figura. Efecto de la concentración sobre la lixiviación con Na2S en la tetraedrita; condiciones de lixiviación: 60 g / l de Na(OH), 2,5 g de muestra de 53 micras de tamaño de partícula, velocidad de agitación de 600 rpm a una temperatura de 105 º C durante 6 horas
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Efecto de la concentración de NaOH La influencia de la concentración de hidróxido de sodio en la lixiviación de la tetraedrita se presenta en la figura subsiguiente Los experimentos de lixiviación se llevaron a cabo utilizando las condiciones siguientes: 150 g / L; Na2S y un tamaño de partícula de 53 micras; 2,5 g de tetraedrita se lixivia en 500 ml Na2S-solución de Na(OH) a temperatura de reacción de 105 º C durante 360 minutos. De la figura mostrada, es evidente que la tasa de disolución de la tetraedrita por el lixiviante es fuertemente dependiente de la concentración de Na(OH). Este efecto se observa a partir del gráfico que el porcentaje de antimonio en el licor de lixiviación después de 360 minutos a una concentración de 60 g / L de Na(OH) es mayor que la obtenida con una concentración de Na(OH) de 30 g / L. El aumento de la concentración de Na(OH) acelera la velocidad a la que solubiliza de antimonio de la tetraedrita en el líquido de lixiviación. El efecto del hidróxido de sodio en la lixiviación de la tetraedrita; condiciones de lixiviación: 150 g / L Na2S, 2,5 g de un tamaño de 53 micras de partícula, velocidad de agitación de 600 rpm a una temperatura de 105 º C durante 6 horas.
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Efecto de la temperatura La influencia de la temperatura de reacción en la disolución del antimonio se investigó mediante la realización de experimentos de lixiviación en: 84 º C a 105 º C usando un tamaño de partícula de 53 micras mientras se mantiene la concentración de reactivo fijado en 150 g / L Na2S + 60 g / l de Na(OH) y los resultados obtenidos se presentan en la figura líneas abajo.. La cantidad de sólidos lixiviados se mantuvo constante a 2,5 g / L. Los datos obtenidos muestran que la temperatura de reacción ejerce un efecto más significativo sobre la velocidad de disolución del antimonio en la tetraedrita. La tasa de conversión se incrementa rápidamente con el aumento del tiempo y la temperatura. A los 84 º C, la disolución del antimonio alcanzó sólo el 10% en 240 minutos y no muestra ninguna mejora significativa a partir de entonces. Al aumentar la temperatura de reacción a 91 º C, la disolución de antimonio es 16% en 240 min y alcanza 25% en 360 min. Cuando la temperatura se incrementó aún más a 105 º C, la disolución de antimonio es de aproximadamente 57% en 360 min, que es bastante significativo. El perfil de lixiviación se muestra en la figura subsiguiente refleja que no habrá aumento en el porcentaje de antimonio en la solución de lixiviación, si el tiempo de lixiviación se aumenta más.
Figura. Efecto de la temperatura de reacción sobre la velocidad de disolución de la tetraedrita; condiciones de lixiviación: 150 g/L Na2S , 60 g/L Na (OH) , 2.5 g de muestra de tamaño de partícula de 53 um, velocidad de agitación de 600 rpm para 6 horas.
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El efecto del tamaño de partículas de mineral en el procesamiento de minerales, así como el tratamiento hidrometalúrgico de los minerales de plomo y cobre no puede ser sobreestimada. Por lo tanto, este efecto fue investigado en la lixiviación de sulfuros tetraedrita por solución alcalina. Las pruebas fueron realizadas mediante la utilización de tres tamaños de partículas ( 38, 53 y 75 μm) a 105 oC por lixiviación soluciones que contienen 150 g/L de Na2S. 3H2O y 60 g/l de Na (OH). De acuerdo con la figura mostrada líneas abajo, La tasa a la cual tetraedrita lixiviación se aumenta con el aumento en el tiempo y disminuye con el aumento de tamaño de partículas y, por tanto, el más pequeño es el tamaño de las partículas, el más rápido fue la tetraedrita lixiviante por lixiviación. Además, la dependencia lineal de la constante de velocidad en el radio de partículas inversa es más pruebas en apoyo de la reacción superficial núcleo se reduce cada vez más modelo para este proceso.
Figura . Efecto del tamaño de partícula sobre la lixiviación de la tetraedrita
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o El objetivo del presente trabajo es identificar los minerales libres y asociados en las partículas de los
concentrados, con las características significativas en su procesamiento o Se ha preparado una sección pulidas década uno de los dos concentrados y, adicionalmente una sección
delgada del concentrado Pb o Los porcentajes de los minerales son determinados por estimación visual con gráficos patrones, por lo que
tienen un valor aproximado y están considerados en volumen. o Es recomendable contar con una muestra de cabeza entera o molida a malla + # 18 (1 mm), tanto para facilitar
la identificación de minerales muy escasos, como para ver las texturas originales que influyen en las asociaciones y grados de liberación
o La siguiente es la lista de minerales presentes, fórmulas y abreviaturas usadas en las fotografías:
Cuarzo Si O2 qz Pirita Fe S2 pi Esfalerita Zn S ef Galena Pb S gn Calcopirita Cu Fe S2 cp Tenantita – tetraedrita (cobre gris) t Sulfosal Cu – Pb s Covelita Cu S cv Ganga transparente: G
o El grado de liberación (G L) de un mineral en la muestra es el cociente 100 L / T L = volumen libre del mineral T = volumen total del mineral Se considera libre a un mineral en una partícula, si no está asociado o, si la asociación a otros materiales es < 10 % del volumen de la partícula
o En la preparación de las secciones del concentrado de plomo, se formaron grumos debido a los reactivos del proceso de flotación. Tales grumos se desprendían luego deteriorando las secciones. Para superar este inconveniente se lavó el material, por lo que es probable se halla perdido parte de las partículas livianas o de dimensiones muy finas
o En las tablas de minerales el cobre gris se menciona como tenantita por haber una mayor proporción de As que Sb
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1. Una apreciable proporción de los materiales “contaminantes” en cada uno de los concentrados está libre, por
lo que, independientemente de la molienda o liberación, una mejora en los reactivos y/o tiempos mejorará los resultados
2. Concentrado de plomo: El grado de liberación de galena es notablemente alto y el de los otros materiales algo menor Una mayor liberación de los minerales se lograría con una molienda a dimensiones de 50 a 30 µm
3. Concentrado de cobre:
La liberación de los sulfuros de cobre y hierro es apreciablemente alta, lo que debería significar poca contaminación con estos materiales, aunque puede mejorarse con una molienda a dimensiones < 70 µm
Por lo dicho en el punto anterior, las impurezas más que a “amarres” o falta de liberación se deben al proceso de flotación (reactivos, tiempos, etc.)
La liberación de esfalerita y pirita es algo menor que la de los otros sulfuros y el mencionado incremento en la molienda favorecería notablemente su eliminación
La ganga transparente es de mayor tamaño, a pesar de lo cual una apreciable proporción de ella está libre
4. El bismuto de los análisis puede deberse a diminutas y típicas inclusiones de las sulfosales bismutinita (Bi2S3)
o Matildita (AgBiS2) en la galena; ello explica que sea notablemente mayor en el concentrado Pb que en el de Cu. Para lixiviar a dichas sulfosales podría requerirse una mayor molienda que las libere o buscar el reactivo apropiado. La precisión en la identificación de estos minerales debe hacerse en una muestra de cabeza sin moler, porque la caracterización delicada implica comparar con las fases asociadas
5. En los análisis que nos proporcionan no se ha incluido los de Zn y Ag. Por otro lado no resulta clara la notable diferencia de S en los dos concentrados, ya que ambos están constituidos por sulfuros esencialmente y, dado el peso del elemento Pb, su concentrado podría tener menor S
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MICROSCOPÍA Partículas < 200 µm; 80 % del material en el rango de 120 a 40 µm de tamaño. Ensambles en orden descendente de frecuencia: Dobles Triples gn – ef G – ef – gn cp – ef ten – ef – gn ten – ef pi – ef - gn gn – cp gn – ten gn - G cp – ten
Constituyentes / % G. L. Características
Galena 75
85 Los ensambles son preferentemente con esfalerita
Esfalerita 10
70 Constituyen las partículas de mayor tamaño, una apreciable proporción está en dimensiones > 100 µm
Calcopirita 04
70 Las partículas mayores alcanzan 130 µm de tamaño
Ganga transparente 01
70 El lavado del material puede haber disminuido considerablemente la proporción de este material
Pirita 06
70 Asociación a esfalerita
Tenantita 04
70 Tendencia de asociación notable a pirita y esfalerita. Las partículas mayores alcanzan 130 µm de tamaño
Covelita trz
70 Granos < 50µ
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Translúcidos ~ 3 % en volumen; φ partículas < 130 µm, dimensiones mayoritarias ~ 50 µm. Presentes en las siguientes proporciones: Sub opaco (esfalerita “roja”) 10
Carbonato 07 Asociación hidrotermal 1 06 Otros 2 08 1 = en orden descendente: sericita - cuarzo, clorita, epídota 2 = principalmente moscovita, cuarzo, plagioclasa, máfico L de cada uno de ellos, de 80 a90 %
CONCENTRADO DE CU
SECCIÓN PULIDA
MICROSCOPÍA Partículas < 130 µm; 80 % del material en el rango de 200 a 50 µm de tamaño, aunque una pequeña proporción de partículas de ganga transparente exceden las 300 µm En las asociaciones o ensambles, una amplia liberación de los minerales podrá obtenerse moliendo a dimensiones < 100 µm. Hay moderada proporción de grumos de 1 mm, con partículas < 0,1mm de pirita, calcopirita y escasas de otros sulfuros Ensambles en orden descendente de frecuencia: Dobles Triples ten – gn ten – pi ef – ten – gn
cp – ten G – ten – cp ef – gn G – gn – ef cp – G G – gn - ten ten – G pi – ef pi - cp
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Metodología Experimental Los concentrados de flotación de plomo y cobre provenientes de la zona de Atacocha-Cerro de Pasco obtenido
está fuertemente contaminado en el Cu con As (3.88%), Sb (2.68%) y Bi (0.57%) Y en el Pb con As (0.94%), Sb (0.91%) y Bi (1.15), nos ha servido como materia prima para realizar pruebas experimentales de lixiviación alcalina en caliente (90oC) con una agitación de 600rpm, Teniendo como variables la temperatura y el tiempo de acondicionamiento. Lo cual nos permitió condiciones óptimas de lixiviación.
Materiales, Equipos y Maquinarias. Potenciómetro Digital con control de Temperatura y PH Estufa eléctrica Agitador Balanza de precisión Concentrado de Cu y Pb Reactivos de Lixiviación
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Condiciones comunes de trabajo Temperatura: 90Co Agitación: 600 rpm Muestra: Concentrado de Cu y Pb Reactivos: Mezcla de Hidróxido de Sodio (Na (OH)) y Sulfuro de Sodio (Na2S) Peso Na (OH) = 71.25 gr Peso Na2S = 78.75 gr Peso del concentrado a malla (100% -200 y 100% -325) (Cu y Pb): 200gr
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Costo por Consumo de Reactivo Y Molienda Na (OH) = (356.25kg Na (OH)/Tm conc.)*(920$/Tm Na(OH))*(1Tm Na(OH)/1000kg Na(OH)) Costo Na (OH): 327.75 $/Tm Na2S = (393.75Kg Na2S/Tm conc.)*(970$/Tm Na2S)*(1Tm Na2S/1000kg Na2S) Costo Na2S: 381.94 $/tm Costo Total: 327.75 + 381.94 = 709.69 $/Tm Costo por Molienda : 0.50 $/tm Malla 200 a Malla 30% -325 Costo por Molienda : 1.50 $/tm Malla 200 a Malla 80% -325 Para efectos de usos industriales en la planta concentradora la energía necesaria para alcanzar temperaturas de 70 0C, 80 0C u 90 0C en los reactores de lixiviación de los concentrados se recomienda la utilización de carbón como generador de energía para alcanzar la temperatura requerida, teniendo en consideración las siguientes escalas de costos en requerimientos de energía, Energía vía energía calorífica por carbón es aproximadamente el 50% menor que la energía eléctrica convencional. La energía diesel es tres mayor que la energía eléctrica.
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El lixiviante Na(OH) fue utilizado por la Compañía Minera Sunshine en las refinerías para disolver el antimonio de la tetraedrita. Informaron de que el agente lixiviante puede lixiviar oro y plata asociada con el mineral debido al tiosulfato y polisulfuros en el reactivo que son buenos oxidantes y agentes complejantes.
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El proceso empleado en la planta de Equity Silver tenía muchas similitudes con el proceso adoptado en la refinería Sunshine, pero también tenía algunas diferencias significativas. En la planta de Equidad, el antimonio se recuperó por completo como antimoniato sódico hidroxilo y arsénico fue convertido a arseniato de calcio a ser consignadas en un sitio lejos de la mina , mientras que el antimonio estaba únicamente en la planta de electro-Sunshine. Por encima de todo, las literatura han demostrado que la tecnología de sulfuro alcalino es, por mucho, el más utilizado debido a su selectividad inherente a disolver antimonio, arsénico, mercurio, estaño , y su facilidad de escala completa la aplicación debido al mínimo los problemas de corrosión asociados con el sistema de lixiviación ácida.
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