Influencia del quebracho en la lixiviación de concentrados de cobre y zinc a alta presión en Autoclave

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1 Influencia del quebracho en la lixiviación de concentrados de cobre y zinc a alta presión en Autoclave Daniel García Ramos CONSORCIO MINERO HORIZONTE S.A.

2 I. INTRODUCCION

3 I. INTRODUCCION La lixiviación de sulfuros en autoclaves se realiza a temperatura y presión elevadas para lograr la oxidación y solubilización del azufre. Esto elimina el tratamiento preliminar que se requiere para los sulfuros, en el cual tiene que dárseles primero una tostación oxidante para convertir los sulfuros en sulfatos solubles u óxidos antes de lixiviarlos. Existen grandes volúmenes de reservas de minerales de sulfuros complejos en nuestro país, que necesitan ser aprovechados metalúrgicamente.

4 El proceso convencional piro metalúrgico produce emisiones de SO2, contaminando el medio ambiente y afectando la salud humana. La vía hidrometalurgica como opción para el tratamiento de concentrados de sulfuros complejos evita la contaminación atmosférica por emisiones de SO2 y nos permite obtener azufre elemental del azufre de los sulfuros atacados dejando a la pirita prácticamente sin atacar.

5 II. ANTECEDENTES

6 II. ANTECEDENTES Las muestras de concentrados de sulfuros provienen de plantas concentradoras ubicadas en la sierra central del Perú. Las pruebas hidrometalurgicas de lixiviación acida bajo presión de oxigeno en autoclave en una primera etapa se realizaron en el rango de 120 C hasta 200 C. La cinética de lixiviación era alta hasta los 140 C, luego del cual era lenta y a partir de los 160 C decrecía la velocidad de disolución de los elementos valiosos.

7 Los concentrados Bulk tenían como especies mineralógicas predominantes a la esfalerita, galena, calcopirita, enargita, tenantita y pirita. Se determina que en la fase inicial de la lixiviación, la reacción química en la superficie de los sulfuros es la que controla la velocidad de lixiviación, mientras que en la fase final lo es la difusión a través de la capa de azufre producida. A partir de los 160 C aumenta la formación de aglomeraciones tipo pellets, afectando la recuperación.

8 III. PROBLEMA

9 III. PROBLEMA En la lixiviación acida bajo presión de oxigeno de concentrados polimetálicos complejos en autoclave, las extracciones de zinc y cobre disminuyen a temperaturas mayores a 160 C. Esto se debe probablemente a la acción del azufre elemental que se produce en las reacciones, el cual se encuentra en estado liquido a temperaturas mayores a 120 C incrementando la tensión superficial del medio, obstaculizando la difusión del oxigeno.

10 IV. OBJETIVO

11 IV. OBJETIVO Investigar la influencia de un agente tensoactivo como es el quebracho, para disminuir la tensión superficial del medio acuoso, neutralizando el efecto del azufre y nos permita incrementar la extracción de zinc y cobre. El Quebracho, es un condensado de taninos que se caracteriza por ser un agente dispersante y depresor en la flotación de minerales.

12 V. PROCEDIMIENTO

13 V. PROCEDIMIENTO Se carga la autoclave con la cantidad de concentrado Zn - Cu determinado. Luego se agrega la solución acida en la cantidad y concentración establecida. Se cierra la autoclave de una manera hermética y segura. Se calienta la autoclave de modo eléctrico hasta la temperatura establecida. Se inyecta oxigeno hasta alcanzar la presión determinada de operación. Se arranca el sistema de agitación para la mezcla solidoliquido-gas, manteniendo durante la prueba la presión y temperatura constantes.

14 Se regula la temperatura con refrigeración de agua a través de un serpentín instalado en la parte interna del reactor que esta en contacto con la pulpa en lixiviación. Se mantiene la presión constante adicionando oxigeno a través de una válvula que esta instalada en la autoclave y conectada a una botella de oxigeno. Terminada la prueba según el tiempo establecido, se abre la válvula de purga de la autoclave para expeler todo el gas hasta obtener una presión de cero. Luego se procede a desmontar el autoclave y por filtración separamos la fase acuosa de la fase solida.

15 DIAGRAMA DE FLUJO

16 VI. PRUEBAS EXPERIMENTALES ESTANDAR

17 6.1 COMPAÑÍA MINERA A Caracterización de la muestra Es un concentrado Bulk de Zn Pb - Ag, cuyo análisis químico se muestra en la siguiente tabla: TABLA N 1: Analisis Quimico ELEMENTO PORCENTAJE: % Zn Cu 2.40 Pb 9.50 Fe 8.90 S Ag* Ag*: Oz / TMS

18 6.1.2 CONDICIONES EXPERIMENTALES Determinar la máxima extracción de Zinc a diferentes T Concentrado Bulk : Zn Pb Ag Peso de Concentrado : 150 Gr. Volumen : 1000 cc Granulometría : 100 % malla -325 Solución acida : 50 ml H2SO4 / lt H2O RPM agitación : 1000 Presión : 150 psi de O2 Tiempo : 90 minutos Temperatura : 120, 140, 160, 180 y 200 C

19 RESULTADOS Los resultados se reflejan en la Tabla N 1 y la Figura N 1: TABLA N 1: Resultados de las pruebas FIGURA N 1: Curva de extracción de zinc TEMPERATURA RECUPERACION T % Zn

20 COMENTARIOS Se observa que la cinética del proceso tiene una velocidad alta hasta la T de 140 C donde se alcanza una extracción de Zn de %, luego la velocidad de lixiviación disminuye continuando la extracción de Zn lentamente hasta alcanzar una extracción de % Zn a una T de 160 C. A temperaturas mayores de 160 C la extracción de Zn empieza a decrecer considerablemente desde % hasta % a los 180 C, luego del cual tiende a estabilizarse hasta los 200 C donde se obtiene una extracción de Zn de %.

21 Al finalizar la prueba realizada a 160 C, se observa pequeñas cantidades de aglomeraciones en forma de pellets. A partir de dicha temperatura hasta llegar a los 200 C, se incrementa considerablemente la formación de estos pellets perjudicando la extracción del Zn. En todas las pruebas realizadas a diferentes grados de temperaturas, hay bastante consumo de O2 en los primeros 30 minutos para mantener la presión constante a 150 psi, luego decrece y a partir de los 60 minutos ya no hay consumo hasta terminar la prueba.

22 6.2 COMPAÑÍA MINERA B Caracterización de la muestra Es un concentrado Bulk de Zn - Cu - Pb Ag con contenidos de arsénico, cuyo análisis químico se muestra en la Tabla N 2: TABLA N 2: Analisis Quimico ELEMENTO PORCENTAJE: % Zn Cu Pb 7.30 As 6.00 Fe 6.50 Ag* Bi 0.41 Ag*: Oz / TMS

23 6.2.2 CONDICIONES EXPERIMENTALES Determinar la máxima extracción de Zn Cu a diferentes T Concentrado Bulk : Zn - Cu - Pb - Ag Peso de Concentrado : 150 Gr. Volumen : 1000 cc Granulometría : 100 % malla -325 Solución acida : 50 ml H2SO4 / lt H2O RPM agitación : 1000 Presión : 150 psi de O2 Tiempo : 90 minutos Temperatura : 120, 140, 160, 180 y 200 C

24 RESULTADOS Los resultados se reflejan en la Tabla N 2 y la Figura N 2: TABLA N 2: Resultados de las pruebas FIGURA N 2: Curva de extracción de Zn Cu TEMPERATURA RECUPERACION RECUPERACION T % Zn % Cu

25 COMENTARIOS Se observa que tanto para el Zn como para el Cu, la cinética del proceso tiene una velocidad alta hasta la T de 140 C donde se alcanza una extracción de Zn de % y de Cu de %, luego la velocidad de lixiviación disminuye continuando la extracción lentamente hasta alcanzar una extracción de % para el Zn y una extracción de % para el Cu, todo esto a una T de 160 C. A temperaturas mayores de 160 C las extracciones de Zn y de Cu empieza a decrecer considerablemente desde % hasta % para el Zn y desde % hasta % para el Cu, todo esto hasta una temperatura de 200 C.

26 Conforme se incrementa la temperatura desde los 160 C hasta llegar a los 200 C, también se incrementa considerablemente la formación de pellets perjudicando la extracción del Zn y de Cu. Estos pellets se forman producto de la dilución del azufre elemental producidos por las reacciones químicas que se dan al interior del reactor, aglomerándose con el concentrado. En todas las pruebas realizadas a diferentes grados de temperaturas, hay bastante consumo de O2 en los primeros 30 minutos para mantener la presión constante a 150 psi, luego decrece y a partir de los 60 minutos ya no hay consumo hasta terminar la prueba.

27 VII. PRUEBAS EXPERIMENTALES CON ADICION DE QUEBRACHO

28 7.1 COMPAÑÍA MINERA A Determinar proporción optima de adición de quebracho Condiciones experimentales: Concentrado Bulk : Zn - Pb - Ag Peso de Concentrado : 150 Gr. Volumen : 1000 cc Granulometría : 100 % malla -325 Solución acida : 50 ml H2SO4 / lt H2O Temperatura : 160 C Presión : 150 psig de O2 Tiempo : 90 minutos Quebracho : 0.0, , 0.60 y 1.60 gr / lt.

29 RESULTADOS Los resultados se reflejan en la Tabla N 3 y la Figura N 3 TABLA N 3: Resultados de las pruebas FIGURA N 3: Extracción de Zn Vs Adición de quebracho QUEBRACHO RECUPERACION Gr / Lt % Zn

30 COMENTARIOS Según resultados de las pruebas anteriores se observa que las máximas extracciones de Zn y de Cu se dan a una temperatura de 160 C, razón por la cual para las pruebas con adición de quebracho se estandarizo a 160 C. La extracción de Zn se incrementa desde % con 0.0 gr de quebracho hasta % con una adición de quebracho de 0.30 gr/lt. Cuando incrementamos la adición de quebracho a 0.60 hasta 1.60 gr/lt, la extracción de Zn disminuye hasta %. En las pruebas realizadas con adición de quebracho no se han observado formaciones de pellets de concentrado.

31 7.1.2 Determinar la máxima extracción de Zn a diferentes T Condiciones experimentales: Concentrado Bulk : Zn - Pb - Ag Peso de Concentrado : 150 Gr. Volumen : 1000 cc Granulometría : 100 % malla -325 Solución acida : 50 ml H2SO4 / lt H2O Presión : 150 psig de O2 Tiempo : 90 minutos Quebracho : 0.30 gr / lt Temperatura : 120, 130, 140, 150 y 160 C.

32 RESULTADOS Los resultados se reflejan en la Tabla N 4 y la Figura N 4 TABLA N 4: Resultados de las pruebas FIGURA N 4: Curva de Extracción de Zn TEMPERATURA RECUPERACION C % Zn

33 COMENTARIOS Se optimizo la adición de quebracho en 0.30 gr / lt y las pruebas fueron a temperaturas menores a 160 C, vemos que la extracción de Zn se incrementa desde % a una temperatura de 120 C hasta una extracción de % a una temperatura de 150 C. En las pruebas realizadas no se observa presencia de pellets de concentrado, por lo que el incremento de la extracción de Zn a valores mayores de 95 % depende de otras variables como: granulometría del concentrado, presión de O2, etc.

34 COMPARACION En la Figura N 5 vemos el comportamiento de la lixiviación del concentrado de Zn, sin quebracho y con quebracho. CONCENTRADO RECUPERACION TEMPERATURA Zn - Pb - Ag % Zn C CON QUEBRACHO SIN QUEBRACHO FIGURA N 5: Curvas de extracción de Zinc

35 7.2 COMPAÑÍA MINERA B Determinar la máxima extracción de Zn y Cu, variando T Condiciones experimentales: Concentrado Bulk : Zn - Cu - Pb - Ag Peso de Concentrado : 150 Gr. Volumen : 1000 cc Granulometría : 100 % malla -325 Solución acida : 50 ml H2SO4 / lt H2O Quebracho : 0.30 gr / lt Presión : 150 psig de O2 Tiempo : 90 minutos Temperatura : 120, 130, 140, 150 y 160 C.

36 RESULTADOS Los resultados se reflejan en la Tabla N 6 y la Figura N 6 TABLA N 6: Resultados de las pruebas FIGURA N 6: Curva de Extracción de Zn-Cu TEMPERATURA RECUPERACION RECUPERACION T % Zn % Cu

37 TABLA N 7: Extracción de Zn - Cu con y sin quebracho CONCENTRADO RECUPERACION TEMPERATURA Zn - Cu % Zn % Cu C CON QUEBRACHO SIN QUEBRACHO FIGURA N 7: Curva de Extracción de Zn RESULTADOS

38 TABLA N 7: Extracción de Zn - Cu con y sin quebracho CONCENTRADO RECUPERACION TEMPERATURA Zn - Cu % Zn % Cu C CON QUEBRACHO SIN QUEBRACHO FIGURA N 8: Curva de Extracción de Cu RESULTADOS

39 COMENTARIOS La influencia de añadir 0.30 gr/lt de quebracho a temperaturas menores de 160 C, nos muestra que la extracción de Zn se incrementa desde 72 % a 120 C hasta alcanzar una máxima extracción de % a 150 C. A temperaturas mayores de 150 C las extracciones de Zn empiezan a decrecer, como es el caso a los 160 C tenemos una extracción de %. Con la adición de quebracho se ha logrado incrementar la extracción de Zn en 4.93 % a una temperatura de 150 C.

40 La extracción de Cu se incrementa desde % a 120 C hasta alcanzar una máxima extracción de % a 150 C. A temperaturas mayores de 150 C las extracciones de Cu empiezan a decrecer, como es el caso a los 160 C tenemos una extracción de %. Con la adición de quebracho se ha logrado incrementar la extracción de Cu en 3.04 % a una temperatura de 150 C. En las pruebas realizadas no se observa presencia de formación de pellets de concentrado.

41 VIII. PRINCIPALES REACCIONES

42 Las principales reacciones que se producen en el proceso son: 1. 2 MeS (s) + 2 H2SO4 (ac) + O2(g) 2 MeSO4 (ac) + 2 S (l) + 2 H2O(l) 2. CuFeS2 (s) + O2 (g) + 2 H2SO4 (ac) CuSO4 (ac) + FeSO4 (ac) + 2 S (l) + 2 H2O (l) 3. 4 FeSO4 (ac) + 2 H2SO4 (ac) + 2 O2 (g) 2 Fe2(SO4)3(ac) + 2 H2O(l) 4. 2 Cu2S.As2S5 (s) + 4 H2SO4 (ac) + 9/2 O2 (g) 4 CuSO4 (ac) + 2 H3AsO4 (ac) + 7 S (l) + H2O (l) 5. Fe2(SO4)3 (ac) + 2 H3AsO4 (ac) 2 FeAsO4 (pp) + 3 H2SO4 (ac) Me : Zn, Cu, Fe

43 CONCLUSIONES Los concentrados complejos de sulfuros de Zn y de Cu, al ser procesados por el método hidrometalúrgico de lixiviación acuosa en autoclave bajo presión de oxigeno en solución acida, se logra separar satisfactoriamente el Zn y el Cu de las impurezas presentes en el concentrado. Este método empleado es un procesamiento de lixiviación por presión de un único paso y a alta temperatura, en el cual los sulfuros de metales base son oxidados con oxigeno en complejos de sulfato de metal soluble, debido a la oxidación destructiva que sucede al interior del reactor autoclave.

44 La extracción de Zn en el concentrado Bulk de la Compañía Minera A y la extracción de Zn y Cu en el concentrado Bulk de la Compañía Minera B, en ambos casos, las extracciones disminuyen a temperaturas mayores de 160 C, debido a la formación de pellets producto de la dilución del azufre elemental producido por las reacciones químicas que se dan, aglomerando al concentrado en forma de pellets. Para el concentrado de la Compañía Minera A se tiene una máxima recuperación de Zn de % a una temperatura de 160 C, sin adición de quebracho. Adicionando 0.30 gr/lt de quebracho, la extracción de Zn se incrementa hasta % a una temperatura de 150 C.

45 El concentrado Bulk de la Compañía Minera B tiene una máxima extracción en Zn de % y de Cu en % a una temperatura de 160 C, sin adición de quebracho. Adicionando 0.30 gr/lt de quebracho, la extracción de Zn se incrementa a % y la extracción de Cu se incrementa a %, a una temperatura de 150 C. El S elemental que se forma producto de las reacciones se solubiliza a partir de los 120 C, pero su efecto negativo empieza a notarse a partir de los 140 C, incrementando la tensión superficial del medio, haciendo mas difícil la difusión del oxigeno en el medio acuoso.

46 Para neutralizar esta capa de azufre que cubre a las partículas del concentrado causando aglomeraciones en forma de pellets perjudicando las extracciones de Zn y Cu, se añadió un agente tensoactivo como el quebracho lográndose incrementar las extracciones de Zn y Cu. Las máximas extracciones de Zn y Cu con adición de quebracho se dan a 150 C, debido a la neutralización de la capa de azufre que estaba incrementando la tensión superficial del medio. Entonces, son otros los factores que estarían limitando las extracciones de Zn y Cu, puede ser el tamaño de partícula, presión de O2, etc.

47 En todas las pruebas realizadas los primeros 30 minutos existió un alto consumo de O2 para mantener la presión constante a 150 psi, luego de los 30 minutos hasta los 60 minutos el consumo de O2 disminuyo considerablemente y a partir de los 60 minutos hasta los 90 minutos que concluyo la prueba no hubo consumo de oxigeno. Esto nos indica que en la fase inicial de la lixiviación, la reacción química en la superficie de los sulfuros valiosos es la que controla la velocidad de extracción debido a la alta oxidación destructiva que sucede al interior del reactor autoclave, mientras que en la fase final lo es la difusión a través de la capa de azufre producida.

48 En este proceso hidrometalúrgico a alta presión y temperatura en autoclave, se logra que el Zn y el Cu pasen a la fase acuosa como sulfatos separándolos de las impurezas presentes en el concentrado, siendo solubles en solución acuosa los sulfatos de Zn y Cu posteriormente se recuperan por electrodeposición. El Pb, Ag, Au, Fe, As, Si, etc., presente en el concentrado permanecen en la fase solida (relave), el arsénico presente en concentrados de cobre (enargita y tenantita) se lixivian y forman el acido arsénico, pero ante la presencia de Fe al final el arsénico precipita como arseniato de Hierro (oxisal), permitiendo tener una solución limpia de sulfato de cobre lista para ir a electrodeposición.

49 Este proceso hidrometalúrgico a alta presión y temperatura en autoclave, es un método ideal para procesar minerales polimetálicos complejos que tienen sales de cobre y especies mineralógicas de cobre que activan a la esfalerita produciendo grandes desplazamientos de Zinc en el concentrado de plomo, que nos causan enormes perdidas en el proceso debido a que este zinc en el concentrado de plomo no es pagable mas bien esta sujeto a castigos, necesita altos consumos de reactivos depresores y activadores, necesitando mas etapas de limpieza y bajas recuperaciones.

50 GRACIAS.

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