Procesos Industriales II
Procesos Industriales II LIXIVIACIN
IntroduccinLa palabra lixiviacin procede del latn Lixivia que
significa leja. En Roma esta palabra se usaba para describir los
jugos que destilaban las uvas o las aceitunas antes de ser
machacadas. Hoy la palabra lixiviacin se usa para describir el
proceso mediante el cual se lava una sustancia pulverizada con el
objetivo de extraer de ella las partes que resulten solubles.Es as,
que en minera el trmino lixiviacin se define como un proceso
hidro-metalrgico. Esto significa que, con la ayuda del agua como
medio de transporte, se usan qumicos especficos para separar los
minerales valiosos (y solubles en dichos lquidos) de los no
valiosos. Este proceso permite trabajar yacimientos que suelen ser
calificados de baja ley (y por tanto de ms alto costo de produccin
por tonelada) siempre que la operacin minera involucre una
actividad a gran escala. Es decir, que la lixiviacin es un proceso
de recuperacin que har econmico un proyecto conforme se trabajen
mayores volmenes de material.
LixiviacinLixiviacin es la eliminacin de una fraccin soluble, en
forma de solucin, a partir de una fase slida permeable e insoluble
a la cual est asociada. La separacin implica, normalmente, la
disolucin selectiva, pero en el caso extremo del lavado simple,
consiste slo en el desplazamiento de un lquido intersticial por
otro, con el que es miscible. El constituyente soluble puede ser
slido o lquido y estar incorporado, combinado qumicamente o
adsorbido, o bien mantenido mecnicamente, en la estructura porosa
del material insoluble. El slido insoluble puede ser msico y
poroso. Debido a su gran variedad de aplicaciones y su importancia
para diferentes industrias antiguas, la lixiviacin tiene otros
nombres. Entre los que se encuentran en la ingeniera qumica estn la
extraccin, la extraccin de slido-lquido, la percolacin, la infusin,
el lavado y la decantacin por sedimentacin.El proceso de lixiviacin
requiere de la preparacin adecuada y responsable del rea donde se
va a realizar la accin de lixiviar. Para ello, los trabajos de
acondicionamiento velan por no generar impactos negativos al
ambiente y al mismo tiempo lograr que el proceso sea eficiente.
Entre los trabajos que se realizan, cabe mencionar los estudios
previos de suelo, agua y aire, que brindan informacin valiosa para
el diseo y seguimiento del proceso. Las reas de terreno dedicadas a
este proceso son lugares amplios y llanos sobre la que se coloca
una membrana impermeable (conocida como geomembrana) que aislar el
suelo de todo el proceso qumico que se ejecutar arriba.Adems, en
toda el rea se acondiciona: Un sistema de caeras distribuidas
homogneamente que se utilizan para transportar y rociar la
sustancia lixiviante sobre el mineral.
Un sistema de tuberas (sistema de drenaje) especiales que
recogen las soluciones que se irn filtrando a travs del material
apilado durante el proceso.
Complementariamente se construye una poza (cercana a la zona de
lixiviacin) en la que se acumulan los lquidos que se obtengan de la
lixiviacin que luego deben ser tratados para lograr la recuperacin
final del material fino que se encuentran atrapados en ellos.
Proceso De La Lixiviacin Lalixiviacin, o extraccin slido-lquido,
es un proceso en el que undisolventelquido pasa a travs de un slido
pulverizado para que se produzca la disolucin de uno o ms de los
componentes solubles del slido.Tambin es un proceso en el cual se
extrae uno o varios solutos de un slido, mediante la utilizacin de
un disolvente liquido. Ambas fases entran en contacto ntimo y el
soluto o los solutos pueden difundirse desde el slido a la fase
lquida, lo que produce una separacin de los componentes originales
del slido.Para lograr Lixiviacin de cobre electroltico fino se
utiliza el cido ntrico por ser comercial y de fcil adquisicin,
tambin por el bajo consumo del mismo, por ultimo porque se
recircula el agente lixiviante una vez recuperado el cobre por va
electroltica.El trabajo de lixiviacin se desarrolla sobre diversos
materiales en pulpa (agitacin) o partcula (heap leaching) a
temperatura ambiente con un tiempo de lixiviacin de 24 horas por
agitacin y 10 das para minerales chancado a partcula en heap
leaching, el cobre obtenido por electrodeposicin es >99% en
circuito cerrado de lixiviacin y electrodeposicin.La disolucin de
bajo contenido de cobre con otros metales e impurezas se trata con
un reactivo extractante orgnico, en un circuito cerrado y a
contracorriente, que extrae el cobre y permite obtener un
electrolito con alto contenido de cobre y limpio de todos los
elementos indeseables.Actualmente como ALTERNATIVA DE LIXIVIACIN y
electrodeposicin directa, se plantea el uso del cido ntrico. Esta
invencin se relaciona con la rama Metalrgica, especficamente en el
campo Hidro-electro-metalurgia del cobre y con otras ramas de la
Ciencia y especialmente de la Tecnologa interesada en el
procesamiento de minerales en medio cido, con el objetivo de
recuperar de los minerales el cobre como material fino.Una
alternativa de lixiviacin de minerales cuprferos es mediante el
cido ntrico y posterior recuperacin por electrodeposicin directa
del cobre fino.El proceso de lixiviacin con cido ntrico para
procesar minerales de cobre, se desarrollo a fin de sustituir el
cido sulfrico por ser un insumo qumico fiscalizado (iqf) en el Per,
Bolivia y Colombia.La ventaja principal es que se trabaja a
condiciones normales con diversos materiales de cobre, ya que el
cido ntrico es un agente corrosivo que reacciona instantneamente y
disuelve el cobre del mineral. As mismo se recicla la solucin
lixiviante una vez que se ha extrado el cobre por electrodeposicin
directa al medio lixiviado.
El cido ntrico posee las siguientes propiedades qumicas que
favorece el proceso de lixiviacin:En la siguiente reaccin vemos que
es un cido monoprtico:
El cido ntrico es un oxidante fuerte, si se trabaja con el cido
concentrado, ya que genera el dixido de nitrgeno, gas altamente
txico y voltil:
El cido ntrico concentrado reacciona con el cobre:
Cuando se trabaja con el cido ntrico diluido se forma el xido
ntrico, el cual se regenera y es encargado de la lixiviacin del
mineral cuprfero:
Si el mineral es sulfurado, reacciona el cido ntrico con el
azufre de la siguiente manera:
El proceso de lixiviacin con cido ntrico es preferible
realizarlo en solucin diluida para recuperar el cobre, el mecanismo
de reaccin es el siguiente:
La solucin lixiviada procesada por electrolisis para recuperar
el cobre fino, genera el xido ntrico el cual es regenerado para
formar el cido ntrico para proceder a lixiviar mineral fresco:
Lixiviacin mineral cuprferaa) Mineral sulfuradoEl mineral
sulfurado es lixiviado por el cido ntrico a condiciones normales,
sin la adicin de ningn agente externo, el cido ntrico es un
poderoso oxidante que logra separar el azufre del mineral
sulfurado, ver ecuacin 43, logrando de esa manera dejar libre al
cobre para luego disuelto y permanecer en el medio acuoso para su
posterior recuperacin por electrodeposicin directa.
Cuando se electrodeposita el cobre del medio lixiviado, se
regenera la solucin logrando generar xido ntrico el cual con el
oxgeno que se genera se logra obtener cido ntrico naciente el cual
disuelve el sulfuro de cobre de la siguiente manera:
b) Mineral oxidadoEl mineral oxidado en sus diversas variedades
es lixiviado por el cido ntrico diluido, logrando de esa manera
solubilizar todo el cobre presente en el mineral, es una nueva
tcnica de lixiviacin, ya que el cido sulfrico es un insumo qumico
fiscalizado, que los pequeos mineros y artesanos no pueden utilizar
para recuperar el cobre presente en sus minerales.
Al desarrollar el proceso de lixiviacin del mineral oxidado se
genera el xido ntrico, dicho compuesto con el oxigeno que se genera
al desarrollar la electrolisis se regenera el cido ntrico in
situ.Dicho cido ntrico es el encargado de realizar la lixiviacin
con el mineral fresco para seguir disolviendo el cobre presente y
continuar con el ciclo de disolucin, y precipitacin
electroltica.
Electrowinning cobre finoEl cobre proveniente del mineral
(oxidado o sulfurado) el cual es lixiviado con el cido ntrico
diluido, una vez que este es disuelto en la solucin percolada. Sin
realizar ningn tipo de proceso de limpieza de la solucin se electro
deposita directamente en una celda especial, logrndose obtener
cobre fino con un 99,99% de pureza.El mecanismo electroltico
regenera el xido ntrico a cido ntrico por la formacin de oxgeno en
el electrodo andico, el cual interacta con el xido ntrico para la
formacin del cido ntrico in situ, el cual contina lixiviando el
cobre del mineral.
El proceso electroltico genera una buena cantidad de oxgeno para
el desarrollo de la regeneracin del cido ntrico in situ.
Reciclado del xido de ntricoEl xido de ntrico que se forma de la
electrodeposicin del cobre, es regenerado por la formacin del
oxgeno que se desarrolla en el nodo, por el proceso
electroltico.
Otra manera de explicarlo seraCmo se realiza el proceso?1.
Chancado: el material extrado de la mina (generalmente a rajo
abierto), que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado
mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario),
con el objeto de obtener un material mineralizado de un tamao mximo
de 1,5 a pulgadas. Este tamao es suficiente para dejar expuestos
los minerales oxidados de cobre a la infiltracin de la solucin
cida.
2. Formacin de la pila: el material chancado es llevado mediante
correas transportadoras hacia el lugar donde se formar la pila. En
este trayecto el material es sometido a una primera irrigacin con
una solucin de agua y cido sulfrico, conocido como proceso de
curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de
sulfatacin del cobre contenido en los minerales oxidados. En su
destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor
gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un
terrapln continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviacin.
Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y
aspersores que van cubriendo toda el rea expuesta.Bajo las pilas de
material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable
sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberas ranuradas)
que permiten recoger las soluciones que se infiltran a travs del
material.3. Sistema de riego: a travs del sistema de riego por
goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solucin cida de
agua con cido sulfrico en la superficie de las pilas. Esta solucin
se infiltra en la pila hasta su base, actuando rpidamente. La
solucin disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados,
formando una solucin de sulfato de cobre, la que es recogida por el
sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en
canaletas impermeabilizadas.El riego de las pilas, es decir, la
lixiviacin se mantiene por 45 a 60 das, despus de lo cual se supone
que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre
lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante
correas a botaderos donde se podra reiniciar un segundo proceso de
lixiviacin para extraer el resto de cobre.
Mtodos de lixiviacin El mtodo escogido para realizar la
lixiviacin depender principalmente de un balance econmico
incluyendo valores de inversin y de operacin, que debe tomar en
cuenta:1. El valor econmico del metal, la ley de cabeza, el
tonelaje disponible, el precio de venta y las condiciones de
calidad impuestas por el mercado2. La recuperacin que se puede
esperar con cada mtodo.3. El costo de mina, el mtodo de extraccin y
de transporte del mineral a la planta4. El costo de los procesos de
reduccin de tamao: chancado, molienda, clasificacin y los
eventuales pre-tratamientos de aglomeracin y/o curado.5. El costo
de los procesos de concentracin y eventual pre-tratamiento trmico,
flotacin, tuesta u otro proceso piro-metalrgico. Los principales
mtodos de lixiviacin usados en la actualidad se pueden clasificar
de la forma que sigue.
Lixiviacin in situ
La lixiviacin in-situ (en el lugar) consiste en la aplicacin de
soluciones directamente sobre el mineral que est ubicado en el
yacimiento, sin someterlo a labor es de extraccin minera. Existen
dos modalidades de lixiviacin in-situ, segn la ubicacin del mineral
respecto del nivel fretico. Debido a sus bajos costos de inversin
es una tcnica factible para la recuperacin de metales desde
materiales de muy baja ley, no explotables econmicamente por otros
mtodos.
Lixiviacin in-situ GravitacionalLixiviacin de cuerpos
mineralizados situados cerca de la superficie y sobre el nivel de
las aguas subterrneas. Se aplica en las zonas ya explotadas de
minas viejas o en zonas que han sido fracturadas hidrulicamente o
con explosivos.
Lixiviacin in-situ forzadaSe aplica a yacimientos, ubicados
debajo del nivel fretico, en cuyo caso se hace uso de la
permeabilidad interna de la roca y de las temperaturas y altas
presiones que se generan a varios cientos de metros de
profundidad.
Lixiviacin en botaderos
La lixiviacin en botaderos consiste en el tratamiento de
minerales de bajas leyes, bajo la ley de corte econmica para la
planta principal, conocidos como estril mineralizado o marginal.
Estos marginales se acumulan normalmente en caones o quebradas
cercanas a la mina. Alcanzan alturas de 100 metros o ms y el
sustrato basal no siempre es el ms adecuado para recoger
soluciones, sin embargo se le aplica solucin en la parte superior y
colectndose en un piscinas de interseccin en la roca impermeable ms
prxima Figura 21. Se estima que los botaderos acumulados en la zona
sudeste de USA representan aproximadamente 5x109 toneladas, con un
contenido de 7 millones de toneladas de cobre fino. El mtodo
requiere poco capital de inversin y operacin. Sin embargo, se
obtienen recuperaciones bajas.
Lixiviacin por percolacin.
La lixiviacin en bateas, vat leaching, fueron utilizadas desde
inicios del Siglo XX, en la industria del salitre con el nombre de
cachuchos y consiste en circular una solucin, a travs de un lecho
de mineral, previamente chancado. Se aplica principalmente a
minerales de cobre, uranio, oro y plata que son fcilmente solubles
y que presentan buenas caractersticas de permeabilidad. El proceso
puede durar entre2 y 14 das, con recuperaciones hasta del 90 %. Se
realiza en una estructura con forma de paraleleppedo, de hormign,
protegido interiormente con asfalto anticido o resina epxica provis
to de un fondo falso de madera y una tela filtrante, Figura 35, que
se carga con mineral y se inunda con las soluciones de lixiviacin.
Aprovechando el fondo filtrante las soluciones se re-circulan, en
sentido ascendente o descendente, para luego traspasar a las
siguiente batea. De esta manera, las recirculaciones permiten subir
el contenido de cobre en las soluciones ricas, tanto como para
enviarlas a recuperacin electroltica directa (caso de los primeros
aos de operacin de Chuquicamata).
Lixiviacin por Agitacin
La lixiviacin por agitacin requiere que el mineral est finamente
molido, aumentando el rea expuesta. La agitacin disminuye el
espesor de la capa lmite y maximiza el rea de la inter-fase
gas-lquido. Se utiliza preferentemente para minerales no porosos o
que produzcan muchos finos y especialmente en la disolucin de
especies que requieren drsticas condiciones de operacin. Se aplica
a minerales de leyes altas, que justifican la molienda, o bien a
concentrados o calcinas de tostacin, que por sus menores volmenes
permiten justificar el gasto de una agitacin, a cambio de una mayor
recuperacin y de un menor tiempo de proceso.
Equipos de lixiviacin
Se clasifican en dos categoras principales segn el tipo de
contacto:1. Por percolacin
Percoladores por cargasSe trata de un gran tanque circular o
rectangular de fondo falso. Los slidos que se van a lixiviar se
dejan caer al tanque hasta una profundidad uniforme. Se rocan con
un disolvente hasta que su contenido de soluto se reduce hasta un
mnimo y a continuacin se excavan. El flujo en contracorriente del
disolvente a travs de una serie de tanques es habitual, entrando
nuevo disolvente al tanque que contiene el material ms agotado.
Algunos tanques funcionan a presin, para contener disolventes
voltiles o incrementar el ndice de percolacin. Una serie de tanques
a presin que funcionan con flujo de disolvente en contracorriente
se denomina batera de difusin.
Percoladores continuosLos slidos gruesos se lixivian, tambin,
mediante la percolacin en equipos de lecho mvil, incluyendo
clasificadores basculantes de plataforma sencilla o mltiple,
equipos de contacto mediante cestos y transportadores horizontales
de bandas.Estos son: -Extractor tipo Bollman -Extractor tipo
Rotocel -Percolador de banda sinfn -Extractor tipo Kennedy
Extractor tipo BollmanEste tipo de extractor es muy peculiar, ya
que cuando trabajamos con slidos resulta muy difcil operar de forma
continua, sin embargo este tipo de extractor lo permite. Es una
unidad elevadora de cestas diseada para manejar de 2.000 a 20.000
kg/h de slidos desmenuzables. Los cubetos (cestas) con el fondo
perforado se colocan en una banda con movimiento sinfn. Los slidos
secos, alimentados a los cestos que descienden, se rocan con
disolvente parcialmente enriquecido. Al elevarse, los cestos, en la
otra seccin de la unidad, los slidos se rocan con disolvente puro
en contracorriente. Los slidos agotados se descargan de los cestos,
en la parte superior de la unidad, a un transportador de palas; y
el disolvente enriquecido se impulsa desde el fondo de la
unidad.
Extractor tipo Rotocel
Est formado por compartimentos en forma de sectores anulares,
con pisos permeables al lquido que giran alrededor de un eje
central. Los compartimentos pasan de forma sucesiva por el punto de
alimentacin, por un conjunto de rociadores de disolvente, una
seccin de drenaje y una de descarga (donde el fondo tiene una
abertura para descargar los slidos extrados). La zona de descarga
es contigua al sector o zona de alimentacin. La extraccin en
contracorriente se logra con la alimentacin de disolvente fresco,
nicamente en el ltimo compartimento anterior a la descarga, y
lavando los slidos en cada compartimento con el efluente
recirculado que procede del compartimento siguiente.
Percolador de banda sinfnEs similar al Rotocel, pero la
alimentacin, la pulverizacin de disolvente, el drenaje y los puntos
de descarga son lineales en vez de circulares.Algunos ejemplos son
el extractor del tipo Smet de banda (sin compartimentos) y el de
tipo Lurgi de banda con bastidores (con compartimentos).
Extractor tipo KennedyEn este equipo, el disolvente fluye por
gravedad de cmara a cmara, en contracorriente con el movimiento de
los slidos. Est compuesto por una serie lineal de cmaras
horizontales a travs de las cuales se desplazan, en sucesin, los
slidos a lixiviar por medio de un impulsor, de velocidad lenta.
Existe la posibilidad de efectuar drenajes entre las etapas cuando
el impulsor provoca la elevacin de los slidos por encima del nivel
de lquido antes de vaciarlos en la siguiente cmara.
Aquellos en que las partculas slidas se dispersan en un lquido
y, posteriormente, se separan de l. En sta ltima categora, se dan
dos tipos:
Lixiviacin de una dispersin de slidoDentro de este tipo
explicaremos varios equipos tales como:
Tanques agitados por cargasEstos tanques son agitados mediante
impulsores coaxiales (turbinas, paletas o hlices) que se utilizan
habitualmente para la disolucin por cargas de slidos en lquidos. La
principal funcin del agitador es proporcionar disolvente no agotado
a las partculas de material durante el perodo que se encuentran en
el tanque y circular suavemente los slidos a travs del fondo del
tanque o suspenderlos simplemente por encima del fondo. Despus de
producida la lixiviacin se pueden separar los slidos mediante el
asentamiento y la decantacin, o con filtros externos, centrfugas o
espesadores.
Tanques PachucaLos minerales de oro, uranio y otros metales se
lixivian con frecuencia por cargas en grandes recipientes agitados,
mediante aire, que se conocen como tanques Pachuca. Un tanque tpico
es un cilindro vertical con la seccin de fondo cnica. Antes de
descargar el aire en la superficie del lquido, el aire en el
interior provoca una importante circulacin, con un sustancial flujo
de la mezcla que, posteriormente, desciende por la parte interior
del recipiente.
Lixiviacin continua de las dispersiones de slidosDentro de este
tipo explicaremos varios equipos tales como: El extractor tipo
Bonotto vertical de platosConsiste en una columna dividida en
compartimentos cilndricos mediante la disposicin de platos
horizontales espaciados a distancias iguales. Cada plato tiene una
abertura radial (rendija) colocada a 180 con respecto a las
aberturas de los platos situados inmediatamente por encima y por
debajo y que se limpian mediante un raspador radial giratorio.
Alternativamente, los platos pueden montarse sobre un eje coaxial y
rotar sobre palas estacionarias. Los slidos caen como una cortina
en el disolvente que fluye hacia arriba por la torre. Los slidos
son retirados por el fondo del equipo mediante un tornillo sinfn y
un compactador. El extractor tipo Hildebrandt de inmersin totalEn
este equipo, La superficie helicoidal se perfora, para que el
disolvente pueda atravesar la hlice en contracorriente. Los
tornillos sinfn estn diseados de modo que permitan la compactacin
de los slidos durante su paso por la unidad. Existen ciertas
posibilidades de que se produzcan prdidas de disolvente y un flujo
excesivo de alimentacin, por lo que el funcionamiento ms adecuado
est limitado a slidos ligeros y permeables.
Bibliografa
http://www.lixiviacion.com/pagina/lixiviacion-definicion
http://confiep.org.pe/facipub/upload/publicaciones/1/1152/la_lixiviacion_snmpe.pdf
http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Lixiviac.htm
http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/dgaam/guias/lixiviacion.pdf
http://solutions.3m.com.pe/wps/portal/3M/es_PE/GlobalMining/Home/AtYourSite/CopperProduction/Leaching/
http://www.boletinagrario.com/ap-6,lixiviacion,565.html
http://mineriachilena-edodelabarra.blogspot.com/2009/09/pregunta-2.html
http://industrial.umsa.edu.bo/ingcoronel/PRACTICA%208.pdfPgina
17