Hidrometalurgia
La hidrometalurgia abarca los procesos de lixiviación selectiva (disolución) de componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución mediante diversos métodos. Se basa en el uso generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución.
Hidro-electrometalurgia
La hidro-electrometalurgia combina procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis, donde los procesos electroquímicos son precedidos por los hidrometalúrgicos. Las tres etapas principales de los procesos hidrometalúrgicos son:
- Disolución del componente deseado presente en la fase sólida.
- Concentración y/o purificación de la solución obtenida.
- Precipitación del metal deseado o sus compuestos.
Los reactivos químicos empleados (agentes lixiviantes) deben cumplir con ciertas propiedades, como ser económicos, fácilmente recuperables y selectivos para disolver compuestos específicos. Los procesos de lixiviación y purificación de la solución son similares a las operaciones del análisis químico, pero a escala industrial.
Sistemas de Lixiviación
La práctica industrial de la lixiviación presenta diferentes sistemas de operación que se seleccionan según factores técnicos y económicos, como la ley del mineral, reservas, caracterización mineralógica, comportamiento metalúrgico, capacidad de procesamiento, costos y rentabilidad.
Clasificación de Métodos de Lixiviación
- Lixiviación de lechos fijos: In situ, In place, Botaderos, Pilas, Bateas.
- Lixiviación de pulpas: Por agitación, a presión ambiente, en autoclaves.
Lixiviación In Situ – In Place
La lixiviación IN PLACE se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados en minas abandonadas, mientras que la lixiviación IN SITU se aplica directamente a un cuerpo mineralizado. Estas operaciones son atractivas por sus bajos costos de inversión y operación, permitiendo recuperar valores metálicos que de otra manera no serían extraíbles. La recuperación suele ser baja (< 50%).
Lixiviación en Botaderos (Dump Leaching)
Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas a cielo abierto con bajas leyes (por ejemplo, < 0.4% Cu) que no pueden ser tratados por métodos convencionales. El material se deposita sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan por gravedad. Son operaciones de grandes dimensiones, baja inversión y económicas, pero con baja recuperación (40-60% Cu) y tiempos largos de extracción. Las soluciones se alimentan por aspersión.
Razones para el bajo rendimiento:
- Gran tamaño de algunas rocas (> 1m) y baja penetración de aire.
- Compactación de la superficie por maquinaria pesada.
- Baja permeabilidad del lecho y formación de precipitados (yeso).
- Excesiva canalización de la solución por heterogeneidad de tamaños.
Lixiviación en Batea (Por Percolación)
Esta técnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Los minerales deben tener contenidos metálicos altos y ser lixiviables en un período razonable (3 a 14 días). Es una tecnología antigua en desuso.
Lixiviación en Pilas (Heap Leaching)
El mineral se prepara en una planta de chancado y/o aglomeración para obtener una granulometría controlada que permita una buena permeabilidad. Se coloca en montones de sección trapezoidal y se riega con la solución lixiviante. Los líquidos enriquecidos (solución rica) se llevan a la planta de recuperación del mineral. Las aguas sobrantes se acondicionan y reciclan. La superficie de apoyo de la pila se denomina cancha de lixiviación.
Existen dos tipos de lixiviación en pilas:
- Pilas dinámicas: La cancha se recupera para reutilizarla con nuevo mineral.
- Pilas estáticas o permanentes: El terreno no se recupera y el mineral agotado queda como base para otra pila.
Operación de las Pilas
Se comienza con el riego de una pila, obteniendo una alta concentración de metal en la solución que luego disminuye. Se pone en operación una segunda pila con dos sistemas posibles:
- Lixiviación de ambas pilas con una única solución rica final.
- Lixiviación de la primera pila con solución intermedia (pobre) que se recicla a la segunda pila para obtener la solución rica.
Cuando la primera pila alcanza el valor mínimo económico, se lava con agua fresca y se drena. Se pone en operación una nueva pila. La tendencia es usar pilas permanentes para evitar costos de movimiento de materiales residuales y pérdidas de solución.
Chancado del Mineral
El chancado del mineral debe cumplir tres objetivos:
- Ser lo suficientemente fino para exponer el metal valioso a la solución lixiviante (por ejemplo, 100% bajo ¾»).
- No producir demasiadas partículas finas que alteren la permeabilidad de la pila.
- El mineral chancado debe ser homogéneo, con partículas en un estrecho rango de tamaño.
Lixiviación por Agitación
La lixiviación por agitación se utiliza en minerales de leyes más altas, con alto contenido de finos, o cuando el mineral deseado está diseminado y requiere molienda para liberar sus valores. Se emplea agitación por burbujeo o mecánica para mantener la pulpa en suspensión hasta lograr la disolución completa. El tiempo de contacto es del orden de horas.
Ventajas
- Alta extracción del elemento a recuperar.
- Tiempos cortos de procesamiento (horas).
- Proceso continuo y automatizado.
- Facilidad para tratar menas alteradas o generadoras de finos.
Desventajas
- Mayor costo de inversión y operación.
- Necesita molienda y separación sólido-líquido (espesamiento y filtración).
Variables del Proceso
Granulometría
El grado de molienda debe exponer la superficie del mineral valioso a la solución lixiviante. Se busca un tamaño que no dificulte la agitación ni la separación sólido-líquido posterior.
Tiempo de Lixiviación
La economía del proceso depende del grado de disolución o porcentaje de extracción, pero la velocidad de disolución es crucial.
Otras Variables
La lixiviación se realiza a temperatura ambiente (o en autoclaves). La concentración de reactivos se optimiza según la operación. El porcentaje de sólidos se maximiza para alcanzar una alta concentración del ion metálico en la solución y minimizar costos. La velocidad de agitación debe mantener los sólidos en suspensión.
Extracción por Solventes (SX)
La extracción por solventes, también conocida como SX, es un método de purificación que ha tenido un gran desarrollo. Se utiliza para la separación, purificación y concentración de diversos elementos químicos, como cobre, níquel, cobalto, zinc, uranio, etc.
En la hidrometalurgia del cobre, el proceso SX consiste en la extracción selectiva del cobre contenido en las soluciones de lixiviación mediante un solvente orgánico, para luego transferirlo a una solución de sulfato de cobre pura y concentrada (electrolito rico).
Extracción
La planta SX recibe la solución “rica” de la lixiviación en pilas. Esta solución tiene baja concentración de cobre y impurezas. El objetivo del proceso SX es extraer selectivamente el cobre mediante intercambio iónico entre la fase acuosa (solución rica-PLS) y el reactivo orgánico. El reactivo descarga el cobre en una etapa posterior, formando un electrolito apto para electro-depositación.
Re-extracción (Stripping)
El orgánico cargado se contacta con electrolito pobre de alta acidez. El cobre pasa a la fase acuosa, obteniéndose un electrolito rico y una fase orgánica descargada que se recicla a la etapa de extracción.
Mecanismo de Transferencia de Cobre
El proceso SX se basa en una reacción reversible de intercambio iónico:
Cu2+(A) + 2 RH(O) <=> R2Cu(O) + 2 H+(A)
En la etapa de extracción, el reactivo orgánico extrae selectivamente los iones de cobre de la fase acuosa. En la etapa de re-extracción, el cambio de acidez revierte la reacción, generando un electrolito rico en cobre.
Recuperación del Orgánico
El principal costo de operación en una planta de SX es la reposición de extractante perdido por arrastre. Se implementan sistemas para reducir estas pérdidas, como filtros y post-decantadores.
Remoción del Acuoso
Los arrastres de acuoso en la fase orgánica contaminan el electrolito. Se utilizan métodos como lavado, post-decantadores y coalescedores para remover el acuoso.
Electrometalurgia
La electrometalurgia consiste en la producción de depósitos metálicos mediante energía eléctrica. Se distingue entre electrometalurgia en solución acuosa (Cu, Zn, Ni, etc.) y en sales fundidas (Al, Li, Mg, etc.).
Procesos Electrometalúrgicos
- Electroobtención: Extracción de metales a partir de soluciones en forma de depósitos metálicos puros, en polvo o compuestos metálicos.
- Electrorrefinación: Obtención de depósitos metálicos de alta pureza a partir de un metal impuro.
- Galvanoplastia: Recubrimientos metálicos delgados con fines anticorrosivos o estéticos.
- Electroconformado: Elaboración de piezas metálicas especiales por vía electrolítica.
Electroobtención de Cobre
La electroobtención de cobre transforma electroquímicamente el cobre disuelto en un electrolito en cobre metálico depositado en un cátodo. El proceso se lleva a cabo en una celda electrolítica, donde circula un electrolito acuoso con CuSO4 y H2SO4. En el cátodo, el ion cúprico se reduce a cobre, mientras que en el ánodo se descompone agua, generando oxígeno y ácido sulfúrico.
Calidad de los Cátodos Producidos
La EW produce cátodos de cobre de alta pureza (> 99.96% Cu). Las impurezas que más problemas presentan son el plomo (Pb), azufre (S) y fierro (Fe). La calidad química y física del depósito están relacionadas, siendo un depósito liso y denso de mejor calidad que uno rugoso y poroso.
Diapositivas SX
Las diapositivas sobre extracción por solventes (SX) explican el proceso, sus objetivos, agentes extractantes, diluyentes, soluciones involucradas, ventajas y desventajas.
Diapositivas Electroobtención
Las diapositivas sobre electroobtención explican el proceso, sus objetivos, funcionamiento de las celdas electrolíticas, eficiencia de corriente, configuración de circuitos y factores que afectan la eficiencia.
Diapositivas Hidrometalurgia
Las diapositivas sobre hidrometalurgia abarcan las propiedades de los reactivos, clasificación de lixiviantes, curado ácido, aglomeración, permeabilidad, lixiviación, sistemas de lixiviación, purificación y concentración del proceso, hidrólisis, cementación y precipitación de compuestos específicos.