Introduccion A La Geometalurgia 2014 - Clase 1 191b68

03/09/2014

Unidad I. Geo-Hidrometalurgia I.

Introducción a la Geometalurgia

Yacimientos de Cu

Contenido de metal % 0 1 2 3

Superficie presente

•

Mercado del cobre

•

Yacimientos Tipo Pórfido

•

Yacimientos Enriquecimiento

Cu

Geometalurgia

Calcosina Covelina

Zona de enriquecimiento

Yacimientos Exóticos

Fe

calcopirita molibdenita pirita

Zona hipógena

Conceptos

Fe

atacamita brochantita crisocola

Zona oxidada nivel freatico

Secundario o supérgeno •

goethita hematita jarosita

Zona lixiviada

Disciplina que relaciona la mineralogía, planificación minera y los procesos de la metalurgia extractiva. Cu

Geometalurgista

Cu Fe

Conector entre el geólogo de exploración, geólogo de mina, geólogo de planificación, geólogo de producción, ingeniero de minas, ingeniero químico y metalurgista de procesos.

Lixiviación en Pila

•

Lixiviación en pilas

• •

Extracción por solventes

Cu ++

Visión geometalúrgica MALAQUITA

Lixiviación

ANTLERITA

Hidrometalurgia

•

CHALCANTITA

•

1,23

BROCHANTITA

II.

Integración de conceptos mineralógicos y entendimiento de sus respuestas frente al proceso parcial o global TENORITA

Eh [Volt]

Electroobtención

CALCOSINA

de beneficio (Mine to Mill y Mine to Leach).

CUPRITA

COVELINA 0 BORNITA CALCOPIRITA CALCOSINA

CU°

pH

Introducción a la Geometalurgia

Mercado del Cobre

Conceptos

Minerales de Cu

Geología Yacimiento, alteración, litología, ocurrencia, textura.

Sulfurados

Mineralogía Minerales de mena, arcillas, asociación, ganga, ganga reactiva, grado de liberación. Química Contaminantes, leyes, elementos solubles, elementos insolubles, limites de detección, CIC. Mecánica Geomecánica, dureza, porosidad, disgregación, chancabilidad. Hidráulica Conductividad hidráulica, Permeabilidad, humedad dinámica. Metalúrgica Flowsheet, lixiviación, cinéticas de reacción, recuperación, contaminantes.

Concentrado

Oxidados ó mixtos

Chancado

Chancado

Molienda

Aglomeración

Flotación

Curado Acido

Secado

Lixiviación acida

Fusión

Extracción por solventes

Conversión

Electro obtención

Piro refinación Moldeo de ánodos Electro refinación

1

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Yacimientos de Cobre

Yacimientos de Cobre

Mineralización hipógena o primaria de los pórfidos

Zonas de alteración y minerales asociados

Calcosina

Cu2S

79.8%

Cu

Bornita

Cu5FeS4

63.3%

Cu

Enargita

Cu3AsS4

48.4%

Cu

19,0%

As

Tenantita

(Cu,Fe)12As4S13

47.5%

Cu

20,4%

As

Tetrahedrita

(Cu,Fe)12Sb4S13

34.8%

Cu

29,6%

Sb

Calcopirita

CuFeS2

34.6%

Cu

Pirita

FeS2

0%

Cu

Magnetita

Fe3O4

0%

Cu

Hematita

Fe2O3

0%

Cu

Molibdenita

MoS2

59.9%

Mo

• Zona silícea: en el núcleo, cuarzo, magnetita • Zona potásica: condiciones casi magmáticas en el centro con biotita, ortoclasa, cuarzo, anhidrita y magnetita; metasomatismo fuerte. • Zona fílica: en torno y sobreimpuesta a zona potásica con cuarzo, sericita y pirita hasta 20% en volumen. • Zona propilítica: siempre presente en la periferia con clorita, epidota y calcita. • Zona cálcico-sódica: profunda con actinolita, albita, epidota. • Zona argílica: variable en intensidad, caolinita, montmorillonita, clorita, pirita. • Zona argílica avanzada: tardía y en la porción más somera con caolinita, alunita, pirofilita, cuarzo

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Yacimientos de Cobre

Yacimientos de Cobre

Proceso de Alteración Supergena

Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario

Proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena, en las condiciones oxidantes en las cercanías de la

• Formados desde mineralización hipógena a través de episodios de:

superficie.

- Erosión - Exhumación

• Sobre el nivel de aguas subterráneas

- Meteorización

• Circulación descendente de soluciones supérgenas • Descomposición de la pirita (ecuación de Stokes, 1907) 5FeS2 +

14Cu+2 +

14SO4-2

+ 12H2O  7Cu2S +

• Perfil típico de un yacimiento de este tipo 5Fe+2

+

24H+

+

17SO4-2

- Zona lixiviada - Zona oxidada

• El acido contribuye a la disolución de los sulfuros hipógenos

- Zona de enriquecimiento

• Hidrólisis de minerales silicatados (alteración supérgena)

- Hipógeno o primario

• Formación de sulfatos solubles de metales (Cu, Mo, Zn y Ag) • Neutralización de acido bajo nivel freático • La calcosina incrementa las leyes de Cu

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Yacimientos de Cobre

Yacimientos de Cobre

Yacimientos con enriquecimiento supergenos o secundario

Mineralización supergena o secundaria

0

Superficie presente goethita hematita jarosita

Zona lixiviada

Contenido de metal % 1 2 3

Cu

Fe

atacamita brochantita crisocola

Zona oxidada nivel freatico

Calcosina Covelina

Zona de enriquecimiento

Fe

calcopirita molibdenita pirita

Zona hipógena

Cu nativo

Cu

100%

Cu

Cuprita

Cu2O

88,8%

Cu

Calcosina

Cu2S

79,8%

Cu

Digenita

Cu9S5

78,10%

Cu

Anilita

Cu7S4

77,62%

Cu

Djurleita

Cu31S16

70,34%

Cu

Covelina

CuS

66,4%

Cu

Atacamita

Cu2Cl(OH)3

59,5 %

Cu

Brochantita

Cu4(SO4)(OH)6

56,2 %

Cu

Crisocola

CuO⋅SiO2⋅H2O

33,9 %

Cu

Cu

Cu Fe

Depósito de cobre con enriquecimiento secundario. Modificado de Solution Mining. Bartlett, R. 1992. www.webmineral.com

Yacimientos de Cobre

Yacimientos de Cobre

Yacimientos exóticos

Yacimientos exóticos

Fases precipitadas desde el transporte lateral de soluciones ácidas provenientes de yacimientos

Debido a la intensa interacción de soluciones acidas y gravas, existe también generación de zonas de

supérgenos, así mismo y existiendo la presencia de aniones (cloruros, sulfatos, fosfatos) y condiciones de Eh

alteraciones argilicas, originando la presencia de arcillas del tipo caoliniticas y esmectiticas.

y pH favorables (carbonatos), se da lugar a mineralización de Cu. Enriquecimiento secundario

MALAQUITA

ANTLERITA

CHALCANTITA

Cu ++

BROCHANTITA

1,23

Crisocola, atacamita, brocantita, chalc antita, cobres negros, arcillas con cobre, etc. TENORITA

Eh [Volt]

CALCOSINA

CUPRITA

COVELINA 0 BORNITA CALCOPIRITA CALCOSINA

CU°

pH

Diagrama Eh-pH, sistema Cu-S-H2O, Tomado de Hidrometalurgia, E. Domic, 2001.

Gravas mineralizadas

Deposito de óxidos

Depósito de mineralización exótica. Modificado de Curso de Metalogénesis. M. Pincheira. 2007.

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Yacimientos de Cobre

Yacimientos de Cobre

Mineralización exótica

Resumen de mineralogías mas importantes

Tenorita

CuO

79,9 %

Cu

Paramelaconita

Cu+2Cu++2O3

79,9 %

Cu

Pseudomalaquita

Cu5(PO4)2(OH)4

60,6 %

Cu

Atacamita

Cu2Cl(OH)3

59,5 %

Cu

Malaquita

Cu2(CO3)(OH)2

57,5 %

Cu

Brochantita

Cu4(SO4)(OH)6

56,2 %

Cu

Antlerita

Cu3(SO4)(OH)4

53,7 %

Cu

Sampleita

NaCaCu5(PO4)4Cl⋅5(H2O)

34.8 %

Cu

Crisocola

CuO⋅SiO2⋅H2O

33,9 %

Cu

Chalcantita

CuSO4⋅5(H2O)

25,5 %

Cu

Ganga Minerales: Cuarzo, biotita, sericita, anhidrita, turmalina, calcita, magnetita, pirita, etc.

Kronquita

Na2Cu(SO4)2⋅2(H2O)

18,8 %

Cu

Arcillas: Esmectitas, caolin, illitas, cloritas

Turqueza

CuAl6(PO4)4(OH)8⋅4(H2O)

7.8 %

Cu

Cobres negros

Cu-Fe-Mn-Al-SIO2

??

Cu

%

Menas sulfuradas Sulfuros primarios o hipógenos : Calcopirita, bornita, calcosina, molibdenita (Mo) Sulfuros secundarios o supérgenos: Calcosina, covelina, digenita

Menas oxidadas Óxidos supérgenos: Crisocola, atacamita, brocantita Óxidos exóticos: Crisocola, malaquita, brocantita, azurita, cobres negros

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Unidad I. Geo-Hidrometalurgia I.

Hidrometalurgia

Yacimientos de Cu •

goethita hematita jarosita

Zona lixiviada

•

Yacimientos Tipo Pórfido

•

Yacimientos Enriquecimiento Secundario Yacimientos Exóticos

Contenido de metal % 1 2 3

Cu

nivel freatico

soluciones acuosas u orgánicas.

Calcosina Covelina

Zona de enriquecimiento

Fe

calcopirita molibdenita pirita

Zona hipógena

Introducción Hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando

Fe

atacamita brochantita crisocola

Zona oxidada

•

0

Superficie presente

Mercado del cobre

Cu

Cu Fe

Temperatura:

25 a 250°C  298 a 523 K

Presiones:

vacio a 5000 (Kpa)  725 (PSI)  50 (atm)

Variedad de técnicas y combinaciones para separar metales una vez que han sido disueltos a la forma de Lixiviación en Pila

iones en solución acuosa.

•

Lixiviación

•

Lixiviación en pilas

•

Extracción por solventes

•

Electroobtención

Cu ++

ANTLERITA

Hidrometalurgia MALAQUITA

•

CHALCANTITA

1,23

BROCHANTITA

II.

• Gran desarrollo en la últimas décadas TENORITA

Eh [Volt]

CALCOSINA

• Rango de aplicación

CUPRITA

• Siempre creciente demanda de metales

COVELINA 0 BORNITA CALCOPIRITA CALCOSINA

CU°

• Agotamiento de los yacimientos (nuevas fuentes de metal, menas pobres y complejas)

pH

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Introducción

Procesos Hidrometalúrgicos

Recursos denominados secundarios, que

incluyen materiales complejos descartados de los procesos

Ventajas

pirometalúrgicos como: • Favorables a escalas pequeñas, en comparación a la pirometalurgia • Escorias • Polvos

• Para el tratamiento de menas complejas y producción subproducto.

• Ejes sulfurados

• Menor mano de obra que la pirometalurgia

• Chatarras complejas

• Tratamiento de menas de baja ley (in situ)

• Licores ácidos • Barros •Otros desechos

• Gran capacidad de eficiencia energética (ROM baja ley, temperatura) • Procesos alternativo en algunos casos a la pirometalurgia • Alta capacidad de movilización de los productos procesados (soluciones)

Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Procesos Hidrometalúrgicos

Procesos Hidrometalúrgicos

Desventajas

Etapas

• Si la ley del recurso es alta, al igual que su volumen, es económicamente deficiente en comparación ala

1. Preparación de la mena 2. Lixiviación

pirometalurgia. • Alto consumo de insumos, combustibles y energía eléctrica, en comparación a la pirometalurgia (Ej.: Rx. Exotérmicas) • La ingeniería de una planta hidrometalurgia • Los procesos hidrometalúrgicos pueden generar cantidades significativas de efluentes líquidos y sólidos como descarte.

• Reactivos de lixiviación • Tipos de reacciones - Procesos físicos - Procesos químicos - Procesos electroquímicos - Procesos electrolíticos 3. Purificación de soluciones y precipitación de metal

Kydros, K.A., Matis, K.A. and Sphatis, P.K. The Use of Nitrogen in Flotation, in Flotation Science and Engineering (Ed. K.A. Matis), Marcel Dekker, New York, 473-491, 1995.

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Procesos Hidrometalúrgicos

Procesos Hidrometalúrgicos

Preparación de la mena

Lixiviación

Procesos físicos

Procesos químicos

• Chancado y molienda

Disolución selectiva de los constituyentes de interés de la mena o concentrado para obtener una solución

• Tostación (cambio mineral, ej.: As)

• Flotación

acuosa conteniendo el metal valioso y un residuo insoluble conteniendo el material sin valor. • Separación sólido-líquido

• Otros

• Gravitacionales

• Precipitación

• Electromagnetismo • Separación sólido-líquido

La lixiviación es fundamentalmente un proceso de trasferencia de masa sólido-líquido. • Condiciones ambientales (temp. y presión) • Temperaturas elevadas • Presión

Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Procesos Hidrometalúrgicos

Lixiviación en Pila

Reactivos

En Chile, principal productor de Cu a nivel mundial, aproximadamente un tercio de esta producción (1,7 Mtpa Cu fino) es generada a través de los procesos de Heap y/o Dump Leaching, donde la mineralización

• Agua (solubles, ej.: chalcantita)

predominante de alimentación para estos procesos es proporcionada por yacimientos del tipo supergénicos

• Ácidos: acido sulfúrico, acido clorhídrico, acido nítrico

y exóticos.

• Bases: cal, hidróxido de sodio, hidróxido de amonio

de

Participación Mundial SX-EW

Zambia México Perú Estados Unidos Chile

2005

• Agentes reductores: monóxido de carbono (gas), dióxido de azufre (gas), hidrogeno (gas)

peróxido

2004

sodio,

2003

de

2002

peróxido

2001

férricas,

2000

sales

1999

oxigeno,

1998

oxidantes:

hidrogeno, permanganato, dióxido de manganeso

1997

• Agentes

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1996

• Agentes acomplejantes: amoniaco, sales de cianuro, sales de cloruros, sales de carbonatos

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

• Reacciones en medio acuoso : medio sulfúrico, medio cloruro.

Lixiviación en Pila

• Cinéticas de disolución de los minerales: óxidos, secundarios, primarios. El proceso de lixiviación en pila permite la disolución del mineral para recuperar el metal de interés como Mineral

MALAQUITA

ANTLERITA

BROCHANTITA

Cu ++

CHALCANTITA

1,23

Atacamita Crisocola Neotocita Tenorita Malaquita Azurita Brocantita

TENORITA

Eh [Volt]

CUPRITA

CALCOSINA

Horas a días

una solución rica. La reducción de tamaño, aglomeración, curado ácido, la técnica de apilamiento y la percolación de la solución lixiviante, son los factores determinantes en la eficiencia del proceso.

Cobre nativo Días a meses Calcocita

COVELINA 0 BORNITA CALCOPIRITA CALCOSINA

Cinética

Bornita Covelina Enargita Calcopirita

CU°

Años

pH

Diagrama de Pourbaix, sistema Cu-S-H2O, Modificado de Hidrometalurgia, E. Domic. 2001.

H.R. Watling. Hydrometallurgy 84 (2006) 81–108

Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Chancado

Lixiviación en Pila - Chancado

El primer paso en el acondicionamiento del mineral es la reducción de tamaño; esta consiste en la trituración de la roca proveniente de la mina o mineral de cabeza, mediante el uso de un circuito de chancado, con el fin

Primario

Secundario - Terciario

de generar una distribución granulométrica adecuada para maximizar la interacción con la solución lixiviante y minimizar la generación de finos, provocando una mayor recuperación del metal. Además esta granulometría debe permitir una permeabilidad mínima suficiente para evitar inundaciones.

Vibrating Screen

Chancador Secundario Conico

Feed Bin

Chancador Primario Mandibula Chancador Terciario Conico

AlimentadorVibrat orio Grizzly

http://www.yifancrusher.com/Jaw-Crusher.html

http://www.break-day.com/ver3.0/how/3.htm

Stock Pile Mineral

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado

Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado

El mineral chancado es aglomerado normalmente en tambores rotatorios, los cuales giran a una velocidad de 5 a 10 rpm y poseen una inclinación variable, la cual permite aumentar el flujo de mineral. Dentro de estos tambores, el mineral es expuesto a una “ducha” de ácido sulfúrico concentrado, comúnmente al 95 %; con esto se logra la aglomeración de los finos producidos en la etapa de chancado. Estos finos se adhieren a las partículas más grandes formando glómeros, los cuales evitan que se produzcan arrastres de finos producto de la normal estratificación en la pila durante el riego posterior de éstas. En algunos casos es común la

La adición de ácido sulfúrico en los aglomeradores, provoca un ataque químico intenso denominado curado ácido. Este proceso genera la sulfatación de los minerales oxidados y de algunos sulfuros de cobre expuestos al o con el ácido. El curado ácido es una práctica común en las plantas hidrometalúrgicas, ya que diminuye el tiempo de lixiviación, aumenta la temperatura de la pila favoreciendo la cinética de las reacciones, aumenta la concentración de la solución rica (PLS), disminuye la cantidad de agente lixiviante utilizado en el riego y aumenta la recuperación.

incorporación de aditivos que favorezcan las características de los glómeros.

Alimentadores Vibratorios

Tambor Aglomerador

Pila

Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Aglomeración y Curado

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion Antes del apilamiento se debe preparar el suelo donde será construida la pila, mediante la instalación de membranas impermeables, las cuales permitirán la recolección del PLS hacia los costados, con una pendiente que permita el escurrimiento. Las membranas están fabricadas de polietileno de alta densidad (HDPE). El apilamiento se realiza mediante correas apiladoras, las cuales distribuyen en forma homogénea el mineral. La altura de las pilas puede variar de 2,5 a 15 metros, dependiendo de la estabilidad del talud generado por las características del mineral.

Alimentadores Vibratorios

Tambor Aglomerador

Pila Overland Conveyor Sistema Apilamiento Laurel

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviacion

Lixiviación en Pila - Apilamiento y Lixiviación

La lixiviación propiamente tal comienza cuando el mineral es regado con la solución ácida, generalmente de ácido sulfúrico o refino proveniente de la planta de SX, el cual ha sido acondicionado para el riego. Las pilas son regadas mediante goteros y/o aspersores con tasas de riego comunes que varían de 3 a 40 lt/hr*m2. En el caso de minerales oxidados el riego normalmente es continuo, sin embargo cuando se trata de minerales sulfurados o mixtos se acostumbra un riego cíclico de manera de permitir una aireación y reposo de la pila en el caso del uso de bacterias.

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Hidrometalurgia

Hidrometalurgia

Lixiviación en Pila - Extracción por solventes (SX)

Lixiviación en Pila - Electroobtención (EW) 35 gpl Cu

6 gpl Cu

0,5 gpl Cu

50 gpl Cu Anodo:

H2O  2H+ + ½ O2 + 2e

E°= -1,23 V

(descomposición agua)

Cátodo:

Cu2+ +2 e  Cu°

E°=0,34 V

(precipitación de Cu)

Global:

2H2O + Cu2+  O2 + Cu + 2H+

E°= - 0,89 V

(real 2 V)

6 gpl Cu El electrolito • 30 – 50 g/l de Cu2+ • 130 a 160 g/l de H2SO4

2 gpl Cu

4 gpl Cu

• 40 °C • 250 a 300 A/m2

10 gpl Cu 45 – 55 Kg, 6 – 7 días

Hidrometalurgia Lixiviación en Pila - Electroobtención (EW)

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