Procesamiento mineral oxidado de zinc

ALTERNATIVA DE
LIXIVIACIÓN DE MINERALES
COMPLEJOS DE COBRE Y
MINERALES OXIDADOS DE
ZINC
Ing. Álvaro Ordoñez Nuñez
Consultor
alvaroordoes10@gmail.com
Edmundo Alfaro Delgado;
Dr. Ing.
Pontificia Universidad Católica del Perú
ealfaro@pucp.pe
1
OBJETIVOS:
I.
Establecer un proceso de lixiviación para:
 Minerales complejos de cobre, procedentes de las zonas
de Lampa y Pucara (Puno), constituidos por: óxidos de
grano fino que están íntimamente mezclados son sulfuros
secundarios y con presencia de cobre nativo; ganga con
alto contenido de carbonatos. ,
 Óxidos de zinc procedentes de la zona de Accha y Yanque
(Cuzco-Apurimac): smithsonita y hemimorfita con ganga
muy alta en carbonatos.
II.
Definir el procedimiento de tratamiento de soluciones para:
 Obtener el metal electrodepositado
 Obtener un precipitado metálico.
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Especies Minerales a Procesar
Minerales de cobre:




Malaquita Cu2(OH)2(CO3)
Crisocola CuSiO3.H2O
Calcosita Cu2S
Cu nativo Cu
Minerales de zinc:
 Smithsonita ZnCO3
 Hemimorfita Zn4Si2O7(OH).H2O
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Mecanismo de disolución
4
FUNDAMENTOS DEL PROCESO
1. Mecanismo de la Disolución de Minerales Oxidados (tipo MeCO3)
en Medio Hipoclorito-Amoniaco:
Etapa I:
OCl- + H2O = O2(g) + 2 H+ + Cl- + 2 eEtapa II:
MeCO3 + 2 H+ = Me+2 + HCO3- + H+
Me+2 + NH3(ac) + NH4+ = Me(NH3)2+2 + H+
Etapa III:
Me(NH3)2+2 + NH3(ac) + NH4+ = Me(NH3)4+2 + H+
2. La disolución y acomplejamiento del Cu nativo se efectúa según:
Cu0 + OCl- + H2O = Cu+2 + 2 OH + ClCu0 + Cu(NH3)4+2 + e- = Cu(NH3)2+-+ 2 NH3(ac)
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Termodinámica
Diagrama Eh-.pH
Sistema NH3-H2O
pH > 9.30
NH3 => NO2
Diagrama Eh-.pH
Sistema Cl-H2O
pH > 7.80
OCl => Cl
6
Diagrama E-.pH
Sistema Cu- CO3 – NH3 -H2O
9.40 < pH < 9.75
E°> 0
Diagrama E-.pH
Sistema Zn - CO3 – NH3 -H2O
9.00 < pH < 11.0
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Procesamiento mineral complejo de cobre
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Mineral Complejo de Cobre
Mineralogía (SEM)
Partícula grande de gangas (GGs) con inclusiones de cobre nativo
(marcos grises), cavidades lixiviadas (lx), y nidos de carbonatos de
cobre (C), inclusiones pequeñas de sulfuros secundarios de cobre
(marcos azules). Partícula mixta: magnetita/ganga (marco verde).
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Composición Química
Muestra
Cobre
Granulometría
CuT, % CuOx + Cu °,
%
3.06
2.17
Au,
g/TM
Ag,
g/TM
1.18
12.0
P80 = 103 micrones
Condiciones de Lixiviación
-
Concentración [NH3(ac)] = 5.88 g/L
pH = 9.23
Tiempo de lixiviacio
ón/etapa = 1 hora
Relación solido/liquido = 1/5
Número de etapas de lixiviacion = 4
10
Solución de lixiviación
Cu2(OH)2(CO3) + 6 NH3(ac) + 2 NH4+ = 2 Cu(NH3)4+2 + CO3-2 + 2 H2O
Etapa
pH
Oxidación y acomplejam.
8.50
NH3,
g/L
1.80
OCl-,
g/L
1.67
Cu,
g/L
3.22
~ 4 horas
Equipo de agitación
para lixiviación de
mineral complejo Cu
PLS con complejo
amínico de cobre
[Cu(NH3)4+2] = 3.22 g/L
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Recuperación de cobre por gravimetría
el ripio de la lixiviacion se envía a un concentrador centrifugo
obteniéndose un concentrado constituido por cobre nativo, la
recuperación del cobre nativo (de un tamaño de grano grueso que
tiene una lenta cinética de disolución) constituye un 24.75 % lo que
se adiciona a la recuperación por lixiviacion. Esto se efectúa debido
a la presencia de cobre nativo en el mineral complejo de cobre.
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% Cu Extraido:
 Lixiviación
 Gravimetría
Total
58.15
24.75
82.90
LIXIVIACION MINERAL COMPLEJO DE COBRE
70
% Cu extraido
60
50
40
30
% Cu extraido = 19.094ln(t) + 32.789
R² = 0.9927
20
10
0
0
1
2
Tiempo, h
3
4
5
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Opción Electrodeposición Directa
Recuperación de cobre por EW directa (se obvia SX)
Condiciones
- [Cu+2] en electrolito:
- Voltaje:
- Densidad de corriente:
- Área cátodos:
- Volumen electrolito:
- Tiempo electrodeposición:
1.865 g/L
2.38 V
9.58 A/m2
1.144 m2
105 L
30 h
Cátodo con Cu
electro
depositado
8h
14
15
Opción Precipitación
Condiciones
- Tiempo: 40 min
- pH: 8.70
- [Cu(NH3)4+2] inicial: 2.06 g/L
Prueba
N°
Cu,
g/L
PP,
% Cu
Recup.
Cu, %
1
2
3
4
5
1.80
1.48
1.48
2.06
2.31
62.70
56.27
53.55
64.31
56.27
85.71
78.26
82.61
90.62
95.83
[Cu], g/L, Cu en pp, y Recuperacion, %
Precipitacion Cu
100
95.83
90.62
85.71
82.61
78.26
64.31
62.7
56.27
56.27
53.55
10
[Cu]in, g/L
% Recup
1.80
2.31
2.06
1.48
% Cu
1.48
1
1
2
3
Prueba
4
5
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PLS: tetra amín Cu(II)
Precipitación CuS
Precipitado, luego
separación solido/liquido
Sedimentación
precipitado
Precipitado seco,
% Cu = 56.5 – 63.0
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Mineral Oxidado de Zinc
Composición Mineralógica (XRD)
Nombre del
mineral
Hemimorfita
Plagioclasa
Smithsonita
Calcita
Cerusita
Galena
Formula general
Composición
aproximada, %
Zn4Si2O7(OH)2.2H2O
(Ca, Na) (SI, Al)4O8
Zn CO3
CaCO3
PbCO3
PbS
70
13
7
6
3
< L. D.
Composición Química
Muestra
Zinc
Granulometría
ZnT, %
39.06
Cd, %
0.01
P80 = 63 micrones
Au, g/TM
0.21
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Procesamiento mineral oxidado de zinc
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Lixiviación
Condiciones
o Etapa I: Oxidación con Hipoclorito
- Concentración [OCl-]:
10.00 g/L
- pH:
10.83
- Tiempo de lixiviacion/etapa:
1 hora
- Relación solido/liquido:
10/1
- Número de etapas de lixiviacion:
1
o Etapa II: Acomplejamiento
- Concentración [NH3(ac)]:
23.68 g/L
- pH:
9.25
- Tiempo de lixiviacion/etapa:
2 horas
- Relación solido/liquido:
10/1
- Número de etapas de lixiviacion:
6
PLS
Etapa
pH
Oxidante (I)
Acomplejamiento(II)
9.75
9.33
NH3, g/L OCl-, g/L
--12.44
4.40
0.77
Zn, g/L
3.46
13.84
20
21
Opción Electrodeposición
Purificación
Eliminar cadmio disuelto como Cd(NH3)4+2
Cd(NH3)4+2 + Zn° = Cd° + Zn(NH3)4+2
Extracción de 99 % de cadmio
Electrodeposición de Zn
Celda EW de zinc
Condiciones
- Volumen de la solucion:
20 L
- Voltaje aplicado:
2,80 V
- Área cátodos:
120,40 cm2
- Densidad de corriente:
59,80 A/m2
10,70 g/L
- [Zn+2] en electrolito:
- Tiempo de electrodeposición: 30 a 34 horas
Cátodo con zinc
electrodepositado
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Opción Precipitación
Precipitación en dos etapas
1. Precipitación I: se recupera mayormente Zn (aprox. 80 %).
2. Precipitación II: se recupera Zn (~ 10%) y casi todo el Cd.
PLS conteniendo
Zn(NH3)4+2
Precipitación Zn
Precipitado Zn
Sedimentación
precipitado
Precipitado Zn y Cd
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CONCLUSIONES
 Es viable el uso de NH3 - OCl- para la recuperación
de metales base (Cu y Zn) contenidos en minerales
de mineralogía compleja y/o con gangas de elevado
contenido de carbonatos en medio básico.
 El empleo del hipoclorito permite tener un oxidante
fuerte en el medio lixiviante. Se degrada a ion
cloruro muy fácilmente.
 Se adecua para minerales de la Sierra sur del Perú
donde predominan rocas sedimentarias con
minerales complejos de cobre (mezcla de óxidos,
sulfuros secundarios y cobre nativo) de difícil
recuperación por flotación o por lixiviación ácida.
 Es una opción para procesar minerales complejos
de cobre, con gangas altas en carbonatos, de la
región Puno-Cusco.
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CONCLUSIONES
 Ventaja importante del proceso es su facilidad de
adaptarse a grandes como pequeñas unidades
mineras, y se obtiene como producto final cátodos
de metal o precipitados.
 Sirve también para minerales oxidados de zinc de
la franja Accha-Yanque, los cuales están
íntimamente mezclados con roca caliza,
obteniendo un producto metálico comercial.
 Provenientes de la degradación del amoniaco los
nitritos son
compuestos fertilizantes que se
emplean con fines agrícolas.
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