metalurgia-extractiva
Metalurgia extractiva [EIQ484-1] PUCV.
Este portafolio pertenece a Jethro Cerón, un estudiante del curso de Operaciones y procesos de la metalurgia extractiva, impartido por la escuela de ingeniería química de la pontificia universidad católica de Valparaíso.
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[Clase 13]: Preguntas.
Defina cada etapa señalando su finalidad, lo que ingresa como alimentación y el producto obtenido, además el cobre contenido en el producto: secado – tostación – fusión – convertidor – refino a fuego – electro refinación.
#Secador: Su objetivo es evaporar el agua contenida en un concentrado húmedo. Si no se evapora el agua contenida en el concentrado, se evapora de manera prácticamente instantánea al inyectarse en el reactor, generando explosiones que ponen en peligro la operación, además de hacer más ineficiente el proceso de fusión desde el punto de vista energético. En los secadores no hay transformación química y su temperatura de operación es de 220°C. Al secador ingresa el concentrado con un 8-10% de humedad, y tiene como objetivo reducirla hasta un 0,1%- 0,3% (secado a muerte), o a un 8-10% de humedad (secado parcial). (Riveros, G. 2011)
#Tostación: Ocurre la oxidación parcial de los sulfuros -> liberación de SO2. Su temperatura de operación es entre los 500 – 800ºC. Productos: FeS, Cu2S, S2. (Riveros, G. 2011)
#Fusión: Su objetivo es concentrar el Cu. Ingresa a la fusión el concentrado, el fundente y oxígeno, y sale la escoria, gases y la mata. En la fusión se forma una fase de sulfuros líquidos, también conocido como mata, que contiene un 62-70% de Cu. Este es inmiscible a otra fase líquida oxidada, llamada escoria. La temperatura de operación es de 1200 ºC. (Riveros, G. 2011)
#Conversión: Su objetivo es eliminar Fe, S (y otros) y producir Cobre Blíster (98,5 - 99,5% Cu). Su temperatura de operación es de 1200 ºC. Consta de 2 Etapas:
Soplado de Escoria: Reducir FeS al 1%
Soplado a Cobre: Obtención de Cu con 1% de S. (Riveros, G. 2011)
Ingresa a la conversión la mata, eje o metal blanco, junto a el fundente y oxígeno. Sale de este la escoria, gases y cobre blíster. (Fuenzalida, 2022)
#Refinación a fuego (RAF): Tiene como finalidad generar un producto de calidad Física y Química. (RAF -> sólo Caletones).
y Generar Ánodos lisos (sin Blíster) para luego ir a ER
(más usado). Es un proceso discontinuo en Hornos Basculantes tipo Reverbero. Ingresa Cobre blíster, oxígeno y reductores, y se obtiene gases, escoria de refino y cobre anódico. Se recupera cobre a 99,5%. Sus etapas:
Carguío
Escoriado
Oxidación
Reducción (Riveros, G. 2011)
#Electro-refinación:: Su objetivo es eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre, y recuperar metales preciosos (subproductos). Ingresa cobre a 99,95% y se obtiene cobre con máxima pureza (99,99%). (Fuenzalida, 2022)
Referencias:
Fuenzalida, P. (2022). Clase 1: Bienvenidos a Operaciones y Procesos de la Metalurgia Extractiva. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.
Riveros, G. (2011). Fundamentos de Metalurgia Extractiva: Etapas y Equipos en Pirometalurgia. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile
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[Clase 12]: Preguntas
¿Cuál es la función y utilidad de la etapa de tostación? ¿qué rol juega en los procesos a alta temperatura?
La tostación tiene como objetivo la disminución de la concentración de azufre (Se libera SO2) hasta obtener un cantidad óptima, de tal manera de favorecer la fusión en la mata. Su temperatura de operación es entre 500°C a 800°C.
Las reacciones que ocurren en la etapa de tostación son:
2MS + 3O2 -> 2MO + 2SO2
1/2O2 + 2MO + SO2 -> MO*MSO4
MO*MSO4 +SO2 +1/2O2 -> 2MSO4 (sulfatación)
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[Clase 12]: Glosario.
Pirometalurgia: Rama de la metalurgia en la que se obtiene los metales a través de la utilización del calor, incluye varios procesos como la calcinación, tostación y reducción. Estos procesos se producen a altas temperaturas, producidas por la quema de diversos combustibles. Tiene mayor eficiencia energética que hidrometalurgia pero es más contaminante. (Restrepo, O. Bustamante, M. Gaviria, A. 2008).
2. Tostación: Ocurre la oxidación parcial de los sulfuros -> liberación de SO2. Su temperatura de operación es entre los 500 – 800ºC. (Riveros, G. 2011)
3. Moldeo: Se busca calidad física y química para la venta de Ánodos o para llevar a ER. El calor cedido por el ánodo es recibido por el molde (también de Cobre).
4. Mata : Corresponde a la fase metálica y es en donde se concentra el cobre asociado principalmente a azufre. Está compuesta también por sulfuros de hierro. Es la fase más densa del material fundido y se encuentra en la parte baja del horno. La cantidad de cobre varía dependiendo del método de fusión (entre 50 y 75%).
5. Secadores: Operación unitaria encargada de evaporar agua contenida en un concentrado húmedo, con la finalidad de poder reducir los costos de transporte, mejorar la operación de hornos, mejorar los balances térmicos y aumentar el valor comercial de los concentrados. (Fuenzalida, 2022).
6. Secador directo: También conocidos como secadores convectivos, donde ocurre un contacto directo entre los gases calientes y los sólidos. Las temperaturas de desecación varían hasta 1000°K. (Fuenzalida, 2022)
7. Secador indirecto: El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de calentamiento. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto. (Fuenzalida, 2022)
8. Cobre blíster: Es el cobre impuro proveniente de los hornos convertidores. Contiene un 99,30% de cobre fino.
Referencias
Fuenzalida, P. (2022). Clase 12: Bienvenidos a Operaciones y Procesos de la Metalurgia Extractiva. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.
Restrepo, O. Bustamante, M. Gaviria, A. (2008). Pirometalurgia. Universidad Nacional de Colombia.
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[Clase 9]: Preguntas, parte 3.
¿Cuáles son los problemas que se deben controlar en electro obtención? Señale y comente qué implican cada uno para el proceso. ¿Cómo perjudican?:
El principal objetivo del proceso de electro-obtención es recuperar el cobre desde un electrolito en la forma de cátodos de alta pureza, con el menor consumo de energía y costo posible.
Para poder obtener buenos resultados y llevar a cabo el proceso de EO de la manera más efectiva posible, se debe tener en cuenta ciertas condiciones y variables que son de suma importancia al momento de construir la celda de EO:
Control de impurezas: existe la presencia de un ion cloruro que debe estar en una concentración menor a 30 ppm, debido a que esto puede generar orificios en la superficie del mismo y entorpece el despegue del depósito de cobre.
Orgánico: El orgánico que está presente en el electrolito debe estar en una concentración menor a 1 ppm de lo contrario este puede afectar la distribución del depósito de los cristales de cobre
Hierro (Fe): Si el cátodo es de baja calidad, el Fe será atrapado lo que lleva a un aumento de impurezas en el depósito.
Manganeso (Mn):un exceso de Mn puede provocar la formación de permanganato, el cual es un fuerte oxidante que atacará la capa de óxido de plomo del ánodo, provocando una aceleración del consumo del ánodo y contaminación por Plomo y además atacará la fase orgánica de SX, llevando a una rápida destrucción del material extraído presente en el electrolito que vuelve a la etapa de re extracción.
Dosificación de reactivo: Una adición significativa mayor o menor, produce características de superficie no deseadas en el cobre depositado en los cátodos.
Temperatura (Tº): es importante mantener la Temperatura tan constante como sea posible para minimizar el desprendimiento de oxígeno de Pb del ánodo.
Referencias:
Villalobos, J. (2017). CONSTRUCCIÓN DE UNA CELDA DE ELECTRO-OBTENCIÓN DE COBRE A NIVEL DE LABORATORIO
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[Clase 9]: Preguntas, parte 2.
Calcule la extracción en cada etapa y la global del siguiente diagrama:¿Qué significa su resultado?
Obtenido el porcentaje de extracción global, siendo este un 97,6% inferimos que la calidad de la extracción cumple con los estándares mínimos y es considerada una buena extracción.
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[Clase 9]: Preguntas, parte 1
Explique para qué sirve el diagrama McCabe-Thiele en Hidrometalurgia ¿qué datos entrega? ¿cómo regula el proceso?
El diagrama McCabe-Thiele es un método matemático gráfico que permite estimar el número teórico de etapas en un sistema SX. Es muy útil para determinar el número de platos necesarios para una cierta extracción, y así obtener una alta recuperación de cobre y una gran eficiencia de trabajo. En el diagrama se encuentra el equilibrio de la especie en fase orgánica y la línea de operación. (Cáceres, 2016)
Si la pendiente de la recta de operación es menor implica menos n° de etapas. Por otro lado, si la curva de equilibrio está muy apegada a la curva diagonal, significa que dará muchas etapas o platos, lo cual está directamente relacionado con la concentración, debido a que a mayor concentración esperada en la fase extractante, mayor serán las etapas.
Referencias:
Cáceres, G. (2016). Hidrometalurgia avanzada.
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[Clase 9]: Glosario.
Stripping(Re-extracción): Consiste en la recuperación de la especie metálica desde la fase orgánica, lo que permite ser reutilizada en otra extracción. Se obtiene una solución de orgánico descargado sin cobre, que es recirculado a la etapa de extracción, y una solución rica en iones de cobre de baja acidez, la que es enviada a la siguiente etapa, la electro-obtención.
Emulsión: Es una mezcla heterogénea, de dos líquidos inmiscibles
Coalescencia: Propiedad de las cosas para unirse o fundirse, o también la separación natural de dos líquidos
Referencias
Codelco. (2018) Glosario.
Codelco. (2019). Codelcoeduca. Lixiviación “El riego”
CHKING. (2022) Importancia del tratamiento de borras
YoMinería. (s,f) Proceso de aglomeración
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[Clase 8]: Preguntas, parte 2.
Investigue sobre la función que tiene el uso de la capa impermeable (HDPE, LDPE, VLDPE o PVC) y ¿Cómo favorece el cuidado del medio ambiente? ¿Es suficiente?
Son barreras sintéticas de muy baja permeabilidad, utilizadas principalmente para revestir diversas superficies.
1.- Polietileno (HDPE, LLDPE, VLDPE)
HDPE (High Density Polyethylene) Polietileno de alta densidad, cuya densidad es >0,940 gr/cm³.
LLDPE (Linear Low Density Polyethylene) Polietileno de Baja Densidad cuya densidad es <0.939 gr/cm³ y >0.923 gr/cm³
VLDPE (Very Low Density Polyethylene) Polietileno de Muy Baja Densidad, cuya densidad es <0.923 gr/cm³
Las ventajas de membranas de polietileno son:
Amplia Resistencia Química
Larga vida útil
Bajo costo
Mayor cobertura por la dimensión de los rollos
Control de calidad en la instalación
2.- Cloruro de Polivinilo (PVC)
Las ventajas de membranas de polivinilo son:
Puede sellarse en frío
Mayor flexibilidad
Se necesita menor cantidad de maquinaria en su instalación.
Menor demanda de energía en la instalación.
Grandes rendimientos en la instalación.
Su principal ventaja es el sellado por alta frecuencia que se realiza en planta logrando fabricar paneles de grandes dimensiones.
Menor costo en la instalación. (Soluciones ambientales, 2017)
Las capas impermeables en general impiden que se filtre las soluciones al suelo, evitando la contaminación. Sin embargo, existe un constante riesgo de que las geomembranas fallen al romperse y se filtren los lixiviados a los suelos o napas subterráneas, esto arrastraría un daño ambiental irreparable, considerando la gran cantidad de fluido que contienen, y repararlas es un trabajo difícil y costoso, ya que, se deben vaciar las piscinas, lo que genera una desestabilización en el funcionamiento de la planta de tratamiento de lixiviados.
Referencias:
Soluciones ambientales (2017). Geomembrana
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[Clase 8]: Preguntas.
¿Cuál es la importancia del aglomerado-curado en el funcionamiento de la pila de lixiviación? ¿Cómo influye en la obtención de PLS?
El principal objetivo del aglomerado es evitar que las partículas finas en el mineral bloqueen los espacios entre partículas, esto lo logra a partir de la disminución de partículas finas mediante su unión a otras de mayor tamaño, garantizando un buen coeficiente de permeabilidad de la solución. ( la permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido fluya a través de ella). El curado tiene como objetivo producir la sulfatación de los minerales oxidados de cobre.
Los efectos más importantes de esta operación son los siguientes:
Sulfatar los minerales, acelerando la cinética de extracción de las especies de interés
Estabilización de la sílice generada por descomposición de los silicatos de la ganga.
Homogenizar el tamaño de partículas, evitando el comportamiento indeseable de un rango de distribución de tamaños, específicamente finos.
Optimizar la permeabilidad del lecho y la consiguiente operación de lixiviación.
Mejorar las características mecánicas del mineral, aumentando la superficie disponible para la reacción química de disolución de la(s) especie(s) de interés
Dar estabilidad a la pila de lixiviación, disminuyendo las posibilidades de desmoronamiento de esta.
En conclusión, ambos tienen como finalidad preparar y acondicionar el mineral, obteniendo un PLS más limpio de manera de facilitar la disolución de los metales de interés en la lixiviación.
Referencias:
Abarca Vicente. (2019). DISOLUCIÓN DEL COBRE DESDE ESCORIAS DE FUNDICIÓN EN MEDIOS CLORURADOS.
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[Clase 8]: Glosario.
Aglomeración: Consiste en la disminución de las partículas finas en el mineral mediante su unión a otras de mayor tamaño, con el objetivo de evitar que bloqueen los espacios entre partículas garantizando un buen coeficiente de permeabilidad de la solución.
Curado: proceso de impregnación del mineral con una solución ácida antes de ser depositado para su lixiviación, el cual tiene por objeto producir la sulfatación de los minerales oxidados de cobre. Esta etapa facilita el proceso de lixiviación del cobre que se produce en la pila.
Biolixiviación: Técnica en la que se utilizan bacterias para que disuelvan metales en medio acuoso. Estas bacterias se alimentan de arsénico y azufre que son impurezas, y así lograr una mayor ley del mineral de interés.
Referencias:
Codelco. (2018) Glosario.
Codelco. (2016) Biolixiviación.
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[Tareas]: tarea 2.
Para proceder es necesario realizar el calculo de los porcentajes de ley, por lo tanto:
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[Clase 7]: Preguntas, parte 3:
Siendo este el esquema del circuito de flotación, se procede a realizar los balances de masa correspondientes de las corrientes.
Con estos cálculos y concentraciones podemos realizar el calculo de porcentaje de recuperación metalúrgica.
Ley final de concentrado y relave:
Ley concentrado=53,4%
Ley relave=0,09838%
Luego, nos queda el siguiente diagrama:
índice de enriquecimiento (Ie):
Razón de concentración (Rc):
Recuperación metalúrgica global (en función de leyes finales):
Razone y revise si sus resultados son coherentes y concluya si el proceso cumple o no el objetivo.
Para que el proceso cumpla con el objetivo, se debe obtener que:
1) c>f>t en este caso si ocurre pues, c=54,4% > f=5% > t=0,098%
2) t debe ser menor a 0,1% lo cual se cumple (0,098%)
3) La recuperación debe ser mayor a 85% que también se cumple pues obtuvimos una de 98,21%
Por lo tanto, el proceso cumple con el objetivo.
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[Clase 7]: Preguntas, parte 2:
Reflexione: ¿Por qué es importante el proceso de flotación? ¿Cuál es su relevancia para la siguiente etapa? ¿Qué indicadores se deben considerar durante el proceso industrial? Aquellos que ayudarán a dilucidar si va bien el procesamiento o debo cambiar alguna variable. (Revise el material de la clase).
"La flotación es un proceso físico-químico mediante el cual se produce la separación del metal de interés del resto de los componentes de la roca. Para ello, se le debe agregar un reactivo previamente, y en el fondo de las celdas se burbujea aire que arrastra a la superficie los minerales sulfurados, los cuales rebalsan por el borde hacia canaletas que los conducen a otras celdas." (Portal minero, 2006).
Entonces, cual vendría siendo la importancia de realizar un proceso de flotación? la concentración final del mineral, gracias a la flotación se logra concentrar el mineral de interés y es una etapa fundamental que refleja el rendimiento metalúrgico del proceso y calidad de producto, el cual tiene un efecto directo en los ingresos de la empresa. La relevancia de la flotación para las siguientes etapas es que si este proceso se lleva a cabo de manera ineficiente, significa que habrá porcentaje del mineral valioso en relaves, que prácticamente nunca se podrá recuperar.
Anotaciones importantes a considerar durante la flotación son los siguientes:
Granulometría de la mena
Densidad de pulpa o porcentaje de sólidos
pH
Calidad del agua
Tiempo de residencia
Aireación y acondicionamiento de la pulpa
Dosificación de los reactivos de flotación
Control de espumantes, colectores, depresores y activadores.
Ángulo de contacto entre sólido y burbuja
Referencias:
Plaza, E (2015). Variables del proceso de flotación.
Portal minero S.A (2006). Manual General de Minería y Metalurgia. Portal Minero Ediciones
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[Clase 7]: Glosario.
¿Qué entendemos por concentración de minerales?: Proceso: operación para aumentar el porcentaje de un mineral de interés por medio de algún tipo de separación y segregar dos o mas minerales generando una corriente de mineral de interés.
¿Qué entendemos por flotación?: Proceso por el cual existe una concentración en función de sus propiedades fisicoquímicas de la superficie del mineral, siendo este un proceso heterogéneo de tres fases.
Referencias:
www.wikipedia.org
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[Clase 4]: Preguntas, parte 1.
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[Clase 4]: Preguntas, parte 2.
Reflexione ¿Cuál es la importancia del proceso de conminución? Investigue y señale los principales problemas que existen en estos procesos unitarios (chancado y molienda).
La importancia del proceso de conminución radica en poder aumentar la superficie de contacto en la partícula disminuyendo su tamaño, esto genera que se desprenda gran parte de los minerales metálicos presentes, permitiendo así, que posteriormente en los correspondientes procesos que resten tales como la lixiviación y flotación, puedan recuperar su forma en partículas individuales.
Los problemas que nos podemos encontrar en los procesos de conminución son o en los chancadores, o en los molinos.
En los chancadores puede ser por desgaste del equipo, produciendo liberación de material fino generando una pérdida de material y poniendo en riesgo a las personas producto de inhalación de elementos metálicos, es la opción, por que el método es seguro.
En los molinos lo mismo, tenemos que el método es adecuado pero debe corresponder a todos los requisitos existentes para su optima funcionalidad, producto de que? por ejemplo, si el molino trabaja en seco, libera material fino al ambiente. O también si hay muy poco fluido, las bolas se moverán muy poco, o y si hay mucho fluido, las bolas saltan generando desgaste prematuro en las paredes. Si es muy grande la alimentación, disminuirá la potencia, intensidad y capacidad del molino. Si la cantidad de gruesos alimentada no es suficiente, la intensidad y capacidad del molino disminuirá, entonces, se debe entender que si no se sigue aplica un método adecuado para el uso de los molinos, los problemas pueden ser diversos y por motivos puntuales.
Referencias:
- [1] Gerardino, A. (2021). Problemas operacionales de la molienda.
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[Clase 4]: Glosario.
Molino AG o SAG (son lo mismo): El molino AG o SAG es un molino que tritura el producto de la trituradora primaria y lo prepara para la molienda final en un posible molino de bolas. Posteriormente el producto pasa sobre una gran zaranda vibratoria para separar el “mineral” de sobre tamaño de las partículas de tamaño correcto.
911 Metalurgist - Molinos SAG o AG (911metallurgist.com)
Homogenización: proceso por el que se hace que una mezcla presente las mismas propiedades en toda la sustancia.
Wikipedia - Homogeneización - Wikipedia, la enciclopedia libre
Hidrociclón: Un hidrociclón es un mecanismo de filtro o separador que utiliza la fuerza centrífuga para separar sólidos de líquidos o incluso líquidos de diferentes consistencias.
Spiegato SA - ¿Qué es un hidrociclón? - Spiegato
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