Pag. 11. Dra. Ingrid Gacés M./Universidad de Antofagasta INDUSTRIA DEL COBRE METALURGIA DEL COBRE 2.1 MINERALURGIA

Transcripción

1 METALURGIA DEL COBRE 2.1 MINERALURGIA El mineral que llega de la mina, lo hace en colpas de varias décimas de centímetros, por lo que se hace necesario reducir su tamaño, en varias etapas, sea de Chancado, Trituración y/o Molienda. A continuación el mineral pasa a una etapa de clasificación y posteriormente pasa a la etapa de concentración del mineral, eliminando la ganga o material estéril. Finalmente se procede a su extracción, a través de dos diferentes vías, según sea su naturaleza: a) Proceso Hidrometalúrgico: Conjunto de operaciones caracterizadas por llevarse a cabo en presencia de fase acuosa a temperatura ambiente o levemente superior. Los procesos hidrometalúrgicos generalmente se aplican a los minerales oxidados, Figura Nº2.1 b) Procesos Pirometalúrgicos: Esta vía de procesamiento consta de algunas operaciones que se realizan a altas temperaturas (fusión y conversión) y se aplican a minerales sulfurados de cobre, Figura Nº HIDROMETALURGIA La hidrometalurgia comprende el conjunto de métodos de obtención de cobre, a partir de los minerales oxidados. Uno de los métodos más utilizado es la lixiviación, que en general consiste en tratar el mineral oxidado previamente triturado, disolviéndolo en una solución ácida llamada solvente, a través del cual, se consigue elevar la ley del mineral. Los métodos más comunes son lixiviación por agitación, usada en minerales que exigen un grado muy fino de molienda y lixiviación por percolación, empleado para tratar minerales que ofrecen la posibilidad de una molienda más gruesa con menores complicaciones. Hoy en día la lixiviación en pilas está dejando de lado a la lixiviación por agitación Lixiviación Se define como un proceso mediante el cual es posible disolver un compuesto metálico soluble contenido en un mineral, pasando el metal al estado de ión, mediante un solvente adecuado o líquido extractor. En lixiviación, la cantidad de material soluble a separar es, generalmente mucho mayor que en el lavado de las filtraciones ordinarias, de forma que las propiedades de los sólidos pueden variar considerablemente durante la operación de lixiviación. Los sólidos gruesos compactos o granulares pueden ser desintegrados para formar una pulpa o pasta cuando se elimina su contenido en material soluble Factores que intervienen en una lixiviación Características del mineral (naturaleza, ley, tipo de ganga, etc Tamaño de partícula. Un menor tamaño aumenta la extracción y disminuye el tiempo de contacto entre el mineral y el lixiviante. Concentración del disolvente o lixiviante. El aumento de concentración del lixiviante incide en la extracción, pero disuelve elementos no favorables a la oxidación del cobre. Generalmente se usa H2SO 4al 5%. Tiempo de contacto y temperatura. El tiempo de contacto depende de los factores anteriores, un aumento de la temperatura provoca un aumento en la velocidad de extracción. En hidrometalurgia se lixivia a temperatura ambiente INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 11

2 FIGURA Nº2.1 Proceso de obtención de cátodos de cobre, a partir de un óxido de cobre. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 12

3 FIGURA Nº2.2: Proceso de obtención de cátodos de cobre, a partir de un óxido de cobre. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 13

4 2.2.3 Métodos de lixiviación Los principales métodos de lixiviación son: Lixiviación in situ: Esta operación que algunas veces se llama minería en solución, se refiere a la lixiviación por percolación de los minerales, mediante circulación del disolvente, sobre y a través del cuerpo del mineral. Frecuentemente se utiliza para obtener sal a partir de los depósitos en la superficie de la tierra, mediante la disolución de la sal en agua, la cual se bombea hasta un pozo, batea o cancha. Lixiviación de botadero: Este método se utiliza para extraer cobre de minerales que tienen baja ley. El material es generalmente un lastre generado en la explotación de minas a rajo abierto, el cual es vaciado sobre una superficie poco permeable y el solvente acuoso es agregado sobre la superficie del botadero. Se percola a través del lecho por gravedad. La solución fuerte que se obtiene por el fondo del botadero es conducida a la planta de cementación, donde se extrae el cobre y la solución remanente es retornada a la lixiviación. Lixiviación en pilas: Es la técnica de lixiviación de cobre más antigua. Se utiliza en la lixiviación de menas porosas oxidadas, que son apiladas en una cancha previamente preparada. Las menas son de mayor diámetro que los desechos de botaderos. Este método no es aplicable para sulfuros o menas que ocasionen fuerte consumo de ácido. En la preparación de la cancha, el piso debe ser impermeabilizado y contar con una leve pendiente o inclinación, para permitir la recolección de las soluciones que son irrigadas al lecho. El volumen del lecho de la pila, tiene un rango amplio según sea la escala de operación. Lixiviación en batea o percolación: Esta técnica consiste en contactar un lecho mineral con una solución acuosa que se inyecta en forma ascendente o descendente, que percola e inunda la batea o estanque. La geometría del lecho la establece la batea (rectangular, cilíndrica), ésta debe contar con un fondo falso filtrante que permite el drenaje de las soluciones. Los minerales a tratar por éste método deben presentar una granulometría intermedia y ciertas características. Este es uno de los métodos más frecuentemente utilizado en la industria minera. Lixiviación por agitación: Las menas de cobre a tratar por este método, deben presentar una ley alta, debido a que la mena debe ser molida finamente, lo cual conlleva mayores costos en la conminución y en el consumo de ácido. Sus ventajas comparativas con otros métodos son: Alta extracción del cobre soluble. Tiempos de contacto en los estanques cortos (6 a 9 horas) Proceso continuo. Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos. Uno de los mayores esfuerzos que se requiere para la pulpa lixiviada es la recuperación de la solución rica y la entrega de un relave con bajo contenido de cobre en solución. La lixiviación de la pulpa, se realiza en una batería de agitadores neumáticos o mecánicos, donde se efectúa el ataque de los sólidos. Los agitadores se conectan en serie y el porcentaje de sólidos en ellos oscila entre un 33 a 50%, por lo general se producen reacciones exotérmicas y de difusión del ácido, oscilando la temperatura entre 30º a 50º C Sistemas para disolución de metales Lixiviación ácida: Este sistema comprende la lixiviación con ácido sulfúrico concentrado, con ácido sulfúrico diluido y oxígeno, con ácido clorhídrico, nítrico, férrico, tiourea, etc. Lixiviación alcalina: En estos casos la lixiviación es de tipo amoniacal, con hidróxido de sodio, con cianuro de sodio, con sulfuro de sodio, etc. Lixiviación neutra: El sistema de disolución comprende la lixiviación con tiosulfato de sodio y con cloro gaseoso. Lixiviación bacteriana: En estos casos se emplean diferentes especies de bacterias que son capaces de aumentar la velocidad de disolución de metales de cobre, plomo, zinc, uranio, molibdeno, titanio, etc., a partir de sus minerales, entre los cuales podemos mencionar las bacterias thiobacillus INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 14

5 Ø thiooxidans, thiobacillus ferroxidans, thiobacillus neopolitanus, etc. Estas bacterias son capaces de obtener su energía por oxidación de iones ferrosos presentes en soluciones ácidas, produciendo iones férricos como sulfato férrico Fe 2(SO 4) 3.. El sulfato férrico así formado puede atacar sulfuros metálicos, disolviendo el metal por oxidación del sulfuro, y posteriormente, siendo reducido por si mismo a sulfato ferroso FeSO 4, complementándose así un ciclo cerrado redox FeSO 4/ Fe 2(SO 4) 3. Hay bacterias que pueden efectuar el ataque directo de los minerales sulfurados produciendo ácido sulfúrico por oxidación del azufre elemental. Ø Lixiviación férrica: Es una lixiviación oxidante que se efectúa mediante la acción de iones férricos en medio de ácido. Los lixiviantes utilizados son: Sales férricas, Fe2SO 4y FeCl3 Acido sulfúrico, Fe SO 2 4 Su principal aplicación está en la lixiviación de minerales sulfurados, pero también puede ser utilizado en el tratamiento de minerales oxidados como el uranio. Una ventaja de la lixiviación férrica es que en el medio oxidante, los iones férricos pueden ser fácilmente regenerados y mantenidos en un alto grado de potencial de oxidación. Otro aspecto interesante de este proceso es poder recuperar el azufre contenido en el mineral en su forma elemental Agentes lixiviantes La selección del agente químico extractante depende de su disponibilidad, costo, estabilidad química, selectividad, facilidad de producir, regenerar y recuperar el cobre de la solución acuosa en forma económica. Desde el punto de vista químico, los agentes utilizados en la lixiviación del cobre se clasifican en: Ácidos Inorgánicos: Ácido sulfúrico Ácido clorhídrico Ácido nítrico Bases: Hidróxido de amonio Agentes Oxidantes: Oxígeno Ión férrico Ión cúprico Agentes Acomplejantes: Amoníaco Sales de amonio Cianuros Carbonatos Cloruros El ácido sulfúrico es el agente más utilizado en la lixiviación del cobre, esto se debe fundamentalmente a razones de calidad química, costos de fabricación y disponibilidad. Una fuente de producción del ácido sulfúrico es a partir del SO 2, el cual es producido en las fundiciones de cobre, lo que permite obtener ácido como subproducto a un costo relativamente bajo. En Chile se produce ácido como subproducto en Caletones, Chagres, Paipote, Ventanas y Chuquicamata. El consumo de ácido sulfúrico es un ítem de costo altamente significante en el proceso extractivo, especialmente en las plantas de mediana y baja ley de capacidad, ya que por cada Kg de cobre producido se consumen de 2,5-7,0 Kg de ácido, según la mena y el proceso empleado. El consumo de ácido absorbe de un 20 a un 40% del costo de producción unitario. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 15

6 2.3 FLOTACION El proceso de flotación permite la separación de materiales de distintos orígenes (sulfuros-óxidos) desde pulpas acuosas mediante burbujas de aire sobre la base de sus propiedades hifrofílicas e hidrofóbicas. Muy pocos minerales poseen en forma natural propiedades hidrofóbicas, es decir, la gran mayoría de las especies mineralúrgicas de interés comercial no poseen estas propiedades en un grado adecuado y requieren de reactivos que le confieran la propiedad hidrofóbicas, además de conferir otras propiedades que conduzcan al óptimo operacional Reactivos de flotación Ø Colectores Reactivos cuya función es proporcionar las propiedades hidrofóbicas al mineral. Son compuestos orgánicosde carácter étero-polar, su grupo polar es la parte activa que los une a las superficies de los minerales mediante adsorción selectiva de ellas. Existe una teoría que ha sido universalmente aceptada para explicar la flotación. En este sistema la flotación del mineral depende directamente de la magnitud y del signo de la carga eléctrica de la superficie del mineral. La superficie del mineral a ph ácido se recubre positivamente, favoreciendo de esta forma la adsorción de loscolectores aniónicos (-), a ph básico la superficie del mineral es recubierta negativamente, favoreciendo la adsorción de colectores catiónicos (+).Ø EspumantesLos espumantes son materiales orgánicos de carácter étero-polar (similar a los colectores), donde su parte activa tiene gran afinidad con el agua. Los espumantes en el proceso de flotación cumplen una serie de funciones entre las cuales destacan: a) Generar una espuma adecuada para la colección del concentrado adecuado. b) Facilitar la dispersión de burbujas finas de aire en las celdas de flotación. c) Disminuir la velocidad del ascenso de las burbujas de aire aumentando de esta forma el tiempo de interacción burbuja-mineral. Ø Modificadores La principal tarea de este grupo es ajustar los equilibrios electroquímicos a las condiciones óptimas de operación. Los modificadores son de carácter inorgánico, solubles en la solución acuosa de la pulpa metalúrgica. Estos reactivos son empleados principalmente para ajustar el ph de la pulpa. Uno de los más frecuentemente utilizado en la industria cuprífera es la cal, CaO, producto de la descomposición del carbonato, CaCO 3 (Tº aprox. 800 ºC) (ec.2.1) El CaO es conocido también como cal viva, es muy reactivo al contacto con el agua. (ec.2.2) Esta reacción es fuertemente exotérmica en contacto con vapor de agua, se genera la cal apagada Ca(OH) 2. También se puede apagar la cal en un sistema de molienda para generar una lechada de cal. COBRE INDUSTRIA Y MEDIO DEL COBRE AMBIENTE Pag. 16

7 (ec.2.3) El hidróxido de calcio es un precipitado blanco poco soluble y en solución se verifica el siguiente equilibrio: (ec.2.4) - Sea x número de moles de OH en el equilibrio o concentración molar: - x = (OH ) ++ x/2 = (Ca ) 2 x (x/2) = Kps 3 x = 2Kps 1/3 x = (2Kps) Por otra parte tenemos: - ph + poh = 14 1/3 ph = 14 (log(2kps) ) ph = 12.5 Lo cual indica que si empleamos cal o lechada de cal para ajustar el ph de una pulpa, no podemos aumentar el valor del ph sobre Si eventualmente se requiere un proceso sobre 12.5, habría que - adicionar otro agente que incorpore aniones OH y que sea más soluble que la cal, por ejemplo NaOH. Este último reactivo permite fácilmente alcanzar ph = 14, sin embargo, su costo es alto. Entre las diferentes gamas de modificadores se destacan los activantes y depresantes. Activantes: Son reactivos que cumplen la función de modificar la estructura superficial del sólido, permitiendo la adsorción de reactivos colectores los que permiten finalmente que estas especies puedan flotar. (ec.2.5) Por ejemplo, la formación de covelina, CuS, sólo cubrirá un espesor de unos pocos Aº sobre el óxido de cobre, lo cual será suficiente para que operen los procesos normales de flotación, tratando estos óxidos sulfhídricos como súlfuros normales. (ec.2.6) (ec.2.7) Depresores: Estos reactivos tienen por finalidad impedir la flotación de ciertas especies mineralógicas en condiciones especiales de flotación. Normalmente son empleados en la flotación de polimetálicos y para la separación selectiva de súlfuros de diversa naturaleza. Ejemplo típico es la separación de molibdenita desde concentrados de cobre, para tal efecto, se adicionan Na2S o NaHS a las pulpas de concentrados colectivas Cu-Mo. Estos compuestos altamente solubles se disocian en medio acuoso en ph alcalino de acuerdo con las siguientes reacciones: (ec.2.8) (ec.2.9) (Ec. 2.10) - - Los aniones S y HS son fuertemente reductores y anulan el efecto hidrofobizante de los colectores en la superficie de los súlfuros de cobre. La molibdenita flota debido a sus propiedades hidrofílicas naturales, lo cual permite obtener un concentrado de alta pureza de molibdeno y otro de cobre con bajo contenido de molibdeno. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 17

8 FIGURA Nº2.3: A la izquierda se muestra un molino de bolas utilizado en la molienda húmeda, en la etapa previa a la flotación. A la izquierda una batería de hidrociclones que son utilizados para clasificar el tamaño de la partícula una vez que sale el material de la molienda húmeda. FIGURA Nº2.4: Diversos tipos de celdas de flotación. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 18

9 2.4 PIROMETALURGIA Los procesos pirometalúrgicos permiten la obtención de cobre basándose en operaciones efectuadas a altas temperaturas. Se aprovechan algunas propiedades y características de los elementos considerados impurezas, para eliminarlos en forma gradual y en operaciones sucesivas llamadas fusión, conversión y refino a fuego. Figura Nº Fusión-conversión La composición de los concentrados provenientes de flotación súlfuros de cobre y fierro, con una ley media de cobre, como por ejemplo en CODELCO División Chuquicamata, gira en torno al % Cu, deben previamente eliminar el agua, ser sellados e introducidos a los hornos de fusión, donde se eliminarán sus impurezas. La fusión es una operación de eliminación de impurezas basadas en la inmiscibilidad en fase líquida de los sulfuros de cobre y fierro con la ganga (impurezas). Esta fusión se realiza tradicionalmente en hornos reverberos, aunque hoy en día también se utilizan hornos más modernos como el horno flash. La carga a los hornos de fusión está compuesta por concentrado y fundente (CaO) y algunas veces por escorias provenientes de etapa de conversión. Mediante el calor generado por quemadores de petróleo, esta carga se funde formando dos productos de diferentes densidades que son inmiscible: la escoria y el eje o mate. El mate tiene una mayor densidad, por lo tanto constituye la capa inferior de la fase líquida, mientras que la escoria se ubica en la parte superior (densidad menor). La escoria, con ayuda del fundente, aglutina gran parte de los constituyentes no deseables, por ejemplo: CaO, SiO, FeO, Al O y FeO (óxidos de calcio, sílice, aluminio y fierro). Es una fase pobre en cobre y va como Cu O El eje, es el producto rico en cobre, el cual continúa su tratamiento en hornos convertidores. Está compuesto básicamente de sulfuros de cobre (Cu S) y fierro (FeS). También se disuelven otros sulfuros metálicos como 2 sulfuros de cobalto, bismuto, plomo y cinc. El mate o eje tiene entre un 40-55% Cu y se extrae por orificios ubicados al nivel del piso del horno, mientras que la escoria se retira por una sangría más elevada. Reacción de pérdida de cobre: CuS + FeO Cu O + FeS (ec.2.11) (eje) (escoria) 2 (escoria) (eje) Proceso de conversión Es una oxidación selectiva en fase líquida, en la cual se elimina la mayor parte del fierro y azufre contenido en el eje. Esto se debe a la mayor afinidad del fierro y del azufre, en relación con el oxígeno. El oxígeno se insufla al convertidor, mediante toberas o lanzaderas que se sumergen en el baño fundido. La carga a los hornos convertidores está compuesta por la masa y fundente (sílice, SiO 2), éste último ayuda a formar la escoria. Los hornos convertidores son cilíndricos y se apoyan en forma horizontal sobre rodillos que le permiten virar en unos 45º, en su parte media del manto tienen una abertura para la alimentación o descarga. Reacciones en la etapa de conversión: Estas reacciones de naturaleza exotérmica, permiten mantener la carga fundida sin necesidad de combustión: 2/3 FeS + O 2/3 (FeO) + 2/3 SO primer soplado (ec.2.12) (mata) 2 escoria 2(g) 2 (FeO) + SiO (2FeOSiO ) (ec.2.13) escoria 2(g) 2 Reacción principal: (Cu S) + O 2(Cuº) + SO segundo soplado (ec.2.14) 2 mata 2(g) 2(g) Cuando el aire a presión proveniente de toberas (refrigeradas) penetra el mate fundido, el súlfuro ferroso se INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 19

10 oxida (ec.2.12), el cual unido al fundente (SiO 2) da la formación a la escoria (ec.2.13). El SO 2 (anhídrido sulfuroso) se expulsa del sistema por una salida de gases. Una vez oxidado todo el azufre asociado al fierro, el súlfuro cuproso (Cu2S) o metal blanco comienza a reaccionar con el oxígeno para formar cobre blister y SO 2 (ec.2.14). FIGURA Nº2.5: Diagrama esquemático de las etapas fusión, conversión y refino. FIGURA Nº2.6: Vista del vaciado en la refinación a fuego y del moldeo de lingote de la rueda de moldeo. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 20

11 2.4.3 Pirorrefinación Con el objeto de eliminar impurezas (aún contenidas en el cobre blister) y poder producir ánodos de mayor calidad, se procede habitualmente a pirorrefinar el Cu blister. La pirorrefinación, al igual que la conversión, es un proceso de eliminación de impurezas mediante la oxidación selectiva. La pirorrefinación se puede realizar en hornos reverberos (más pequeños a los usados en la fusión y su alimentación es por la parte superior) o también en convertidores. El proceso de pirorrefinación ocurre en dos etapas, primero la disolución del O 2 y luego la oxidación de las impurezas, y posteriormente viene la etapa de eliminación del oxígeno disuelto. El proceso químico comienza cuando se introduce oxígeno al baño de cobre blister líquido. Lo convencional es introducir este oxígeno en forma de aire. En los hornos reverberos el aire se inyecta a través de cañerías de acero. En esta primera etapa se verifica la disolución del oxígeno gaseoso. ½ O 2(g) O 2(disuelto en liq) (ec.2.15) y la oxidación da impurezas, a través de dos probables mecanismos: en el seno del líquido bien en la interfase gas-líquido. La reacción en el seno del líquido, se verifica por: XM + YO MXOY (ec.2.16) (G O 1) Mientras que en la reacción de la interfase gas-líquido, se verifica: XM + Y/2 O MXOY (ec.2.17) 2 (G O 1 ) Además de la oxidación de impurezas hay una oxidación parcial del cobre, de la forma: 2 Cu + ½ O Cu O (ec.2.18) 2 (g) 2 Una vez eliminadas las impurezas (volatización y/o retiro de escorias), es necesario remover el oxígeno que ha quedado retenido en el cobre y reducir el óxido cuproso. El método convencional más utilizado es con kerosén o troncos de eucaliptos (Ej. Chuquicamata). R + ½ (O ) RO 2 (g) (ec.2.19) R + (Cu O) 2Cu + RO (ec.2.20) 2 (g) siendo R, el reductor kerosén. El producto de esta pirorrefinación alcanza una pureza en cobre de aproximadamente del 99,6%, el que es utilizado para la producción de ánodos de cobre los que posteriormente son electrorefinados Refinación electrolítica La refinación electrolítica, además de eliminar las impurezas resistentes al refino a fuego, tales como arsénico, níquel, selenio, etc., permiten recuperar elementos valiosos como el Au y Ag presentes inicialmente en los minerales sulfurados. Una estimación media indica que se obtienen 23,4 g de oro y 1560 g de plata por tonelada de cobre tratado. La refinación electrolítica es una operación de recuperación y purificación del cobre contenido en el ánodo, se basa en la aplicación de una corriente que circula entre un ánodo de cobre soluble y un cátodo de cobre, ambos ++ inmersos en un electrolito ácido de iones cúpricos (Cu ). Se lleva a cabo en celdas electrolíticas, las cuales se agrupan en secciones y circuitos. Rx. en el ánodo (oxidación): INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 21

12 ++ - Cuº Cu + 2e (ec.20) Rx. en el cátodo (reducción): ++ - Cu + 2e Cuº (ec.21) El Barro anódico corresponde a: As, Se, Au, Ag. Las celdas electrolíticas son de concreto armado y revestidas con plomo. Sus dimensiones giran en torno a los 4 m de largo, 1 m de ancho y 1,3 m de alto. El electrolito es una disolución de sulfato de cobre con ácido sulfúrico, manteniendo una concentración de unos 40 g/l de cobre y 180 g/l de ácido sulfúrico. La temperatura del electrolito fluctúa entre 50º y 60º C. Generalmente la alimentación del electrolito a las celdas es por parte superior y se retira por la parte inferior. En todo caso esta circulación ha de hacerse con un flujo lento para no alterar la sedimentación del barro anódico. En los ánodos ubicados a partir del cobre pirorrefinado, se verifica la reacción de oxidación. Cada ánodo permite la cosecha de dos cátodos con una pureza del 99,995 %. En los cátodos se verifica la reacción de reducción. Inicialmente los cátodos son una delgada lámina de cobre que al terminar su ciclo pesa aproximadamente la mitad del ánodo inicial. Cada cosecha dura aproximadamente 12 a 15 días. Todas estas reacciones son exotérmicas. Respecto al electrolito, conviene sacarlo del circuito cada cierto tiempo, para eliminar así sus impurezas. FIGURA Nº2.7: Proceso de Electro refinación para obtener cátodos de cobre. INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 22

13 2.4.5 Oxidos y súlfuros de baja ley Para producir cátodos, usando técnicas de hidrometalurgia de minerales oxidados de 0,6% a 0,9% de cobre y para fabricar cátodos ccc SBL se usan sulfuros de 0,35% de cobre. En ambos casos, el mineral triturado es tratado con una mezcla de agua y ácido sulfúrico y así llegar a una solución de lixiviación de unos 6 g/l de cobre. Después esta solución es enviada a una etapa de extracción por solventes, donde el metal (cobre) es extraido de la solución mediante reactivos orgánicos, reduciendo el contenido de la solución a unos 0,6 g/l de cobre, la cual es reciclada para seguir con el proceso de lixiviación. Mientras tanto, el orgánico cargado pasa a un circuito que contiene electrolito pobre, que extrae el metal del reactivo orgánico, subiendo la concentración de cobre en dicho electrolito de 30 g/l a 45 g/l aproximadamente. Este electrolito cargado pasa luego a la planta de electro obtención, donde finalmente se producen los cátodos de cobre de una pureza de 99,99% Electro-refinación y Electro-obtención Se utilizan tres procesos para llegar a cátodos electro-refinados y electro-obtenidos, el convencional y dos variantes: en el caso de cátodos electro-refinados, se disuelven ánodos de cobre, depositando el metal en láminas iniciales de cobre puro, figura Nº2.9; mientras que en el caso de los cátodos electro-obtenidos el metal disuelto es extraído de un electrolito rico en cobre, figura Nº2.10. Los procesos no convencionales emplean una tecnología de cátodo permanente tipo ISA o KIDD. En ellos, el cobre disuelto en el electrolito es depositado directamente en láminas de acero inoxidable reutilizables, figura Nº2.11. El proceso ISA produce dos cátodos que pesan 50 kilogramos cada uno, mientras en el proceso KIDD, cada lámina madre entrega dos depósitos unidos en el borde inferior, formando un cátodo de 100 kilogramos. Los diagramas siguientes ilustran las distintas tecnologías de producción y las marcas de cátodos resultantes, en CODELCO. FIGURA Nº2.8: Proceso de obtención de cátodos por electro-obtención, a partir de minerales de baja ley INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 23

14 FIGURA Nº2.9: Proceso de obtención de cátodos electro/refinados por tecnología convencional. Fuente: FIGURA Nº2.10: Proceso de obtención de cátodos electro/obtenidos por tecnología convencional. Fuente: INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 24

15 FIGURA Nº2.11: Proceso de obtención de cátodos electro/obtenidos por tecnología permanente. Fuente: HIDROMETALURGIA VERSUS PIROMETALURGIA Aunque existen técnicas hidrometalúrgicas y pirometalúrgicas que permiten obtener un mismo metal, condicionantes económicos obligan a que se siga un solo camino para determinados metales u óxidos. La elección entre hidrometalúrgicas y pirometalúrgicas, está condicionada por una serie de factores, a veces ajenas a los propios condicionantes metalúrgicos, tales como localización geográfica, mano de obra especializada, recursos hídricos y de energía, mercado de los minerales y metales, etc. Además de la elección entre un proceso hidrometalúrgico o pirometalúrgico, puede darse el caso de que existan diversos procesos posibles para un mismo metal. Cada uno de estos procesos puede ser aconsejado para uno o varios tipos de minerales o concentrados de alta o baja ley o para minerales de una localización determinada. Un breve resumen de las ventajas y desventajas que presentan los procesos hidrometalúrgicos. Así, en hidrometalurgia es posible operar económicamente con pequeñas plantas, aún al tamaño de plantas portátiles, diseñándolas casi a la medida del depósito mineral y situándose en situ. Teniendo en cuenta que los procesos pirometalúrgicos sólo son económicamente rentables al aplicar la economía de la escala, lo que supone inversiones de capital muy altas. Al ser los procesos hidrometalúrgicos muy versátiles, es posible tratar diversos materiales sin necesidad de ceñirse a una sola mena, hace que sean aprovechables materiales de baja ley o excesivamente complejos. Una ventaja derivada de las consideraciones anteriores es la posibilidad de realizar diseños de proceso o INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 25

16 instalaciones de medida para un determinado material, aunque sea un depósito mineral de poca extensión. El hecho de que hoy existan técnicas de control muy fiables permite el seguimiento de un proceso por vía húmeda haciendo que su automatización sea fácil y en muchos casos perfectamente viable. Los procesos hidrometalúrgicos presentan ventajas e inconvenientes frente a los pirometalúrgicos en cuanto a cuestiones medioambientales. Es claro que un proceso hidrometalúrgico reducirá drásticamente o eliminará la contaminación atmosférica, produciendo en cambio unos vertidos líquidos o sólidos contaminantes que provocan alteraciones en el entorno fabril. El hecho de que el tratamiento hidrometalúrgico de muchos minerales requiera algún proceso pirometalúrgico previo (tostación de diversos tipos o calcinación), supone que el problema de la contaminación gaseosa no se elimine en su totalidad. Sin embargo, es un hecho indiscutible que la tecnología actual permite, en la mayoría de los casos, controlar adecuadamente las emisiones. Ventajas e inconvenientes de los procesos hidrometalúrgicos frente a los pirometalúrgicos: - Plantas económicas de tamaño pequeño y/o portátiles. - Bajas inversiones. - Proceso a medida. - Tratamiento de minerales muy complejos. - Proceso de tipo continuo, fáciles de controlar y automatizar. - Es posible eliminar el azufre de los minerales en forma mineral. - Son consumidores intensivos de energía. - Maneja grandes volúmenes de líquidos, en ocasiones fuertemente corrosivos o tóxicos. - Produce residuos sólidos tóxicos o peligrosos de difícil depósito de una manera medioambiental aceptable. - Reciclación de micro impurezas INDUSTRIA DEL COBRE Pag. 25