2007 A UNAC FIQ CURSO: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA TEMA: LIXIVIACION INTEGRANTES NARVAEZ LOURDES QUISPE CHOQUE MARITZA VEGA MORALES NATALI

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1 UNAC FIQ CURSO: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA TEMA: LIXIVIACION INTEGRANTES NARVAEZ LOURDES QUISPE CHOQUE MARITZA VEGA MORALES NATALI G. H.: 02 Q 2007 A Lixiviación 1 de 11

2 LIXIVIACION I. PROCESO DE LIXIVIACION: Líquido que se escurre de un vertedero cuándo entra agua en él, recogiendo materias contaminantes al hacerlo. Un mal manejo de los vertederos subterráneos pueden dar origen a un gran volumen de lixiviación. Uno de los problemas más difíciles de resolver es el del tratamiento de estos lixiviados. Se emplea la lixiviación microbiana cómo método de recuperación de metales y para transformar los excesos de compuestos nitrogenados. Eliminación de los constituyentes insolubles de una roca, mineral, o del suelo, por la acción de las aguas que se filtran. La lixiviación es un proceso importante para el desarrollo de la porosidad en las arcillas, en el enriquecimiento secundario de las menas minerales y en la formación de los suelos. Remoción o migración de materiales del suelo en disolución, pseudodisolución o en suspensión coloidal, arrastrados por las aguas de percolación. La migración de sustancias con dimensiones superiores a las coloidales se conoce con el nombre de erosión interna. Proceso natural o artificial que promueve la degradación física y química de un material liberando sub productos solubles que pueden ser peligrosos. Interés La lixiviación tiene interés en diferentes ámbitos o ciencias: Química La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente liquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. Lixiviación 2 de 11

3 Algunos ejemplos son: El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente. Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soya y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos. La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda. Dentro de esta tiene una gran importacia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro y plata. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica. II. APLICACIONES Industrialmente la lixiviación se utiliza para preparar elixires, para ello se toma la droga (generalmente una planta medicinal) se pulveriza, y se mezcla con el menstruo (alcohol), se coloca en un lixiviador y se deja macerando el tiempo requerido. También se le puede decir lixiviación para el tratamiento de los minerales concentrados y otros materiales que contienen metales, la lixiviación se efectúa por medio de un proceso húmedo con ácido que disuelve los minerales solubles y los recupera en una solución cargada de lixiviación. 2.1 LIXIVIACION DE MINERALES La lixiviación es el proceso por medio del cuál se disuelve el mineral deseado en el disolvente que se ha seleccionado. El problema de la lixiviación es determinar las condiciones mecánicas, químicas y económicas mediante las que se obtenga una disolución máxima del metal deseado, y se obtengan también utilidades comerciales PROCESO DE OBTENCION DEL COBRE En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas: Lixiviación en pilas La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas. a) Chancado: El material extraído 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 tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño Lixiviación 3 de 11

4 es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida. b) Formación de la pila: El material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación 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 terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta. Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material. c) Sistema de riego: a través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución 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 lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después 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 podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre. De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas. Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extracción por solvente. Extracción por solvente: En esta etapa la solución que viene de las pilas de lixiviación, se libera de impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpl a 45 gpl, mediante una extracción iónica. Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre (CU+2) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se Lixiviación 4 de 11

5 denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviación y se recupera en las soluciones que se obtienen del proceso. El compuesto de resina cobre es tratado en forma independiente con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito (solución), mejorando la concentración del cobre en esta solución gasta llegar a 45 gpl. Esta es la solución que se lleva a la planta de electroobtención. Electroobtención Esta etapa corresponde al desarrollo de un proceso electrometalúrgico mediante el cual se recupera el cobre disuelto en una solución concentrada de cobre. En la siguiente figura podemos observar el diagrama de flujo de este proceso: Lixiviación 5 de 11

6 2.1.2 PROCESO DE REFINACION DEL ORO Y PLATA En la figura podemos observar el diagrama de flujo de este proceso: Lixiviación 6 de 11

7 2.1.3 PROCESO DE RECUPERACION DEL COBRE En este proyecto las recuperaciones de cobre fueron de 95% manteniendo el riego de solución hasta que prácticamente se agotó el cobre lixiviable en las columnas, por lo cual se consideran las máximas posibles. Para proyecciones a escala industrial, se confirma el 91% de recuperación de cobre. Lixiviación 7 de 11

8 RECUPERACION DEL CADMIO En la Refinería de La Oroya el Cadmio es obtenido a partir de productos secundarios provenientes de tres fuentes: a) Del queque de purificación por la precipitación, con polvo de zinc, del cobre y cadmio contenidos en la solución impura de sulfato de zinc de la Planta de Lixiviación; b) De los polvos del LBF (Lead Blast Furnace) esfumados de los hornos de manga de plomo y recuperados por precipitación electrostática en las unidades 13, 14 y 15 del Cottrell Central; c) Del queque de cadmio obtenido de la Planta de Tratamiento de Residuos de Lixiviación de Zinc. El primer material contiene de 5 a 7% de Cd y 0,09% de As; el segundo material contiene de 6 a 10% de Cd y de 2 a 3% de As (material que perjudica la cinética de lixiviación); y el último, de 4 a 5% de Cd: Los tres materiales son tratados en dos circuitos de lixiviación y por separado para producir ambos esponja de cadmio crudo el cual es procesado hasta obtener un metal refinado de alta pureza. 1. Circuito de Lixiviación. El queque de purificación es lixiviado en ácido sulfúrico el cual disuelve el cadmio, cobre y zinc, al término de la lixiviación se agrega polvo de zinc dosificándose lentamente para precipitar el cobre y zinc. La pulpa es filtrada en un filtro prensa, el residuo de cobre obtenido es lavado y enviado a la fundición. La solución filtrada es pasada a un tanque de cementación donde se precipita el cadmio con polvo de zinc, la pulpa así formada es filtrada, el residuo es lavado y este constituye la esponja de cadmio puro, la solución filtrada de sulfato de zinc es retornada a la Planta Electrolítica de Zinc. Lixiviación 8 de 11

9 2. Circuito de Lixiviación (Planta de Cadmio N 2). Los polvos esfumados de los hornos de manga de plomo contienen un alto porcentaje de Arsénico, lo que hace casi imposible una lixiviación ácida de este material, por otro lado alrededor del 60% del cadmio contenido se encuentra en forma de compuestos insolubles en agua, como CdS (por las condiciones ácidas agresivas del precipitador electrostático), el 35% como CdSO 4, CdCl 2 y del 5 al 10% está distribuido como CdO y Cd en forma metálica, todos estos son compuestos solubles denominados Water/s Cd que prácticamente son los únicos que se lixivian; por esta razón la lixiviación de este material es hecha en soluciones calientes de agua con sulfato de cobre para disolver tanto como sea posible el cadmio metálico presente, con un tiempo de lixiviación agitada de 6 horas, consiguiéndose una recuperación del 50% ; la pulpa de lixiviación así obtenida es filtrada en filtros prensa y el residuo obtenido con alto contenido de Pb y Cd insoluble es lavado y retornado a las Camas de los hornos de plomo. La solución filtrada conteniendo al cadmio y de 6 a 8 g / l de As en la solución fluye a través de celdas de cementación (estas cuentan con campanas extractoras, debido a la formación del H 3 As, muy tóxico) donde el cadmio es precipitado por medio de cátodos de zinc, en forma de esponja de cadmio crudo, luego de un periodo de cosecha de 6 a 10 días, y es juntado a la esponja de cadmio proveniente del tratamiento del queque de purificación para su tratamiento posterior. La solución remanente del tanque de cementación es filtrada y bombeada al circuito de zinc debido a su alto contenido de este metal. Propuesta para una recuperación futura Tratamiento por fusión reductora de los polvos del LBF con la instalación del Horno Rotativo Corto (SRF). Se ha realizado anteriormente en el antiguo Centro de Investigaciones Metalúrgicas de la Cerro de Pasco Corporation, en La Oroya, pruebas experimentales en escala de laboratorio con el Horno Rotativo para fundir sulfuros de plomo concentrados, usando como agente de reducción carbonato de sodio, a fin de obtener plomo metálico por fusión directa de concentrados de Lixiviación 9 de 11

10 alta y baja ley en una sola etapa; o en dos etapas: reducción parcial y aglomeración en la primera, seguida de reducción completa en la segunda etapa, con el uso de carbón, virutas de fierro y en muchos casos sin previa eliminación de azufre. Estos procesos de reducción son de interés para el tratamiento de los polvos captados en las unidades de precipitación de hornos de plomo previo proceso de tostación sulfatante de estos polvos para la obtención de sulfato de plomo PbSO 4 y a la vez la eliminación de arsénico. En estos experimentos se ha usado como reactivos de reducción carbonato de sodio, fierro metálico (virutas), en combinación con pequeñas cantidades de coque metalúrgico. Aplicando este proceso, los polvos de cottrell serían previamente tostados en los tostadores 9 y 11 para eliminar el arsénico, luego esta calcina se agregaría dentro de un Horno Rotativo a una temperatura de 1150 C. Con una cantidad teórica de carbonato de sodio y chatarra de fierro sobre el contenido de azufre, se da la reacción en un periodo de treinta minutos entre carga y descarga, reduciéndose este polvo a metal en un 95% de acuerdo a las siguientes reacciones: PbSO 4 + Na 2 CO 3? Pb + Na 2 SO 4 + CO 2 + ½O 2 PbSO 4 + Na 2 CO 3 + 2C +Fe+O 2? Pb + Na 2 SO 4 + FeO+2CO 2 2CdS + 3O 2? 2CdO + 2SO 2 Lixiviación 10 de 11

11 Sistema propuesto de filtración de los polvos de la Planta de Residuos Anódicos (PRA) Lixiviación 11 de 11