Laboratorio n 2:

“Determinación Experimental de la Curva de Lixiviación”

Índice

Introducción. 2

Objetivos. 2

Antecedentes Teóricos. 3

Soluciones y Reacciones:4

Soluciones en volumetría:5

Procedimiento experimental6

Resutados. 10

Conclusión. 15

Anexo. 16

Introducción

Uno de los principales eventos que se realizan en el proceso de la Hidrometalurgia, es la definición del modelo de recuperación del mineral a partir de una solución Acida soluble, en función del tiempo. A partir de esto se resume este procedimiento en un Grafico matemático de concentración de mineral recuperado [%Mx] v/s Tiempo [Días] representado en una Curva, llamada Curva cinética de lixiviación.

La variable Fundamental estudiada en este procedimiento es el desarrollo de la cinética de la Solución acida soluble en el material estudiado, definiendo el lapsus gradual de la concentración total de mineral recuperado.

A partir de estos antecedentes se poseen una serie de pruebas experimentales capaces de entregar información suficiente para generar el modelo Metalúrgico, dentro de los cuales se encuentran:

Pruebas iso-ph en matraces Enlenmeyer Y Botellas de 1L de capacidad.

Pruebas en  mini-columnas.

Pruebas en columnas con y sin recirculación,

Pruebas Piloto en Pila.

En esta Experiencia se procedíó a realizar el experimento de la Prueba en mini-columna detallada en 2 partes, siendo estas:

• Curado del mineral.
• Lixiviación de mini-columna.

Objetivos

• Conocer y manejar el procedimiento experimental de una prueba metalúrgica
• Analizar por el proceso químico de Volumetría la concentración de la solución acida extraída de la prueba metalúrgica (PLS).

• Conocer aquellos factores que intervienen en el proceso de determinación de la concentración de mineral por volumetría.

• Determinar de manera experimental los parámetros metalúrgicos necesarios para determinar el tiempo de recuperación de Cu.(Eficiencia de recuperación, cantidad de  mineral total y soluble,  concentración, peso y aspecto de mineral, consumo de agua y ácido)

• Generar el grafico de la curva cinética de lixiviación en función de concentración de Cu recuperado v/s tiempo.

Antecedentes Teóricos

Para el desarrollo de un proyecto de lixiviación es necesario un conocimiento de las carácterísticas del Material de interés  y los factores que influyen en la lixiviación, directamente son:

• Su composición mineralógica, por las interferencias que puedan producir en la lixiviación las diferentes especies conteniendo o no cobre.
• frecuencia y tamaños de los granos
• Carácter de la ganga, ya que ciertos minerales pueden estar dentro de una ganga carbonatada y consumir ácido haciendo el proyecto inviable económicamente.
• Carácterísticas físicas de la mena (cantidad de finos o lamas), así como sus propiedades de porosidad y permeabilidad, que son fundamentales en una lixiviación estática.

Comportamiento de la roca en el chancado, en cuanto a crear o aumentar la fracturación, exponiendo una mayor superficie al ataque químico.

Una ecuación relevante a considerar es aquella involucrada con el ácido sulfúrico, factor sumamente importante ya que es una de las fuerzas que impulsan la lixiviación. Mediante esta relación podemos realizar diversos análisis.

APORTE DE Ácido = CONSUMO + SOBRANTE DE Ácido

Es importante recordar que el consumo de ácido de la ganga está enlazado a la disponibilidad que posee el ácido, a su vez, el consumo depende del aporte.

Se debe considerar una referencia de la relación que involucra el ambiente que se crea por la añadidura de ácido y la recuperación metalúrgica. A partir de ésta se establece una condición extra que debe comprobar la ecuación para obtener resultados aplicables a la industria.

Relación aporte y consumo de ácido:

Aporte de Ácido

• Cuando se da a lugar esta relación la recuperación metalúrgica se ve afectada.

Aporte de Ácido > Consumo de Ácido

• En esta situación se presume que la recuperación metalúrgica máxima estuvo cerca de ser alcanzada.
• Se obtiene como resultado una buena cinética.
• El consumo neto de ácido se ve incrementado.
• El sistema es abordado por impurezas.
• Cabe la posibilidad de que exista un excedente de ácido.

Aporte de Ácido = Consumo de Ácido

Siempre y cuando se esté en una condición con bajas concentraciones de ácido y cuyo ambiente motive las reacciones REDOX, obtendremos efectos positivos y negativos:

Algunos de los efectos positivos que puede acarrear esta relación son:

• La oxidación de Fe y Cu se verán activadas
• Disminución del consumo neto de ácido
• Se adhieren menos impurezas al sistema pues las soluciones se limpian

En su contra parte, se pueden presentar la siguiente consecuencia  negativa:

• La cinética se ve perturbada

En primera instancia el proceso de lixiviación en pilas esta precedido por pruebas experimentales que determinan el modelo metalúrgico, en las cuales se debe efectuar un curado del mineral ya preparado en granulometría, en el cual se irriga el material al interior del recipiente determinado, humedeciendo y “atrayendo” las partículas más pequeñas a las más grandes.

 Al ejecutar una prueba de mini-columna principalmente en un mineral oxidado sensible a soluciones ácidas, actúa una disolución de ácido sulfúrico y agua la cual actúa en el mineral aislando el ion de interés, de esta manera el ácido capta el Cu++ y libera el protón H+, generándose un compuesto de Súlfato de Cu, el cual determina la solución preñada en el metal de interés (PLS)

Obteniéndose la solución  acida rica en el metal de interés, se realiza un proceso gradual químico de volumetría para conocer la concentración de Cu en función del tiempo.

Soluciones y Reacciones:

Compuesto para el curado: H2SO4

Agente lixiviante: H2SO4 + H2O                                   H+ (actúa en el mineral)

Compuesto  obtenido de interés                                          CuSO4

Soluciones en volumetría:

Reactivos a usar:

• Solución de S2O3Na2 de 0,1 N
• NH4OH diluido al 25%
• HCL
• HI
• Kl
• Solución de engrudo almidón.

Materiales y equipos:

• Botella de plástico 2 Litros.
• Huincha de embalaje.
• Cuchara de plástico.
• Vaso precipitado de 50 cc.
• Bureta de 25 cc manual.
• Vaso Erlenmeyer 250 cc.

Procedimiento experimental

El desarrollo de este laboratorio se hizo en conjunto con todas las secciones del ramo y se llevó a cabo en dos partes:

Primera parte “Curado del mineral”

En esta instancia entregaron un mineral ya preparado en granulometría donde nuestra sección curó aproximadamente 800 gramos de mineral. Para este procedimiento el mineral se colocó dentro de la botella y se le fue agregando agua y ácido a medida que íbamos agitando la botella para que estos penetraran el mineral.

En total de todas las secciones se curó 3.230 gramos de mineral.

Imagen 1 Extracción de mineral preparado	Imagen 2: Envolver material extraído evitando pérdidas.	Imagen 3: Se masa el vaso antes de incorporarle material fracturado.
Imagen 4 Se incorpora el mineral cuidadosamente al vaso.	Imagen 5: Se procede a realizar un “semi-corte” en la parte superior de la botella.	Imagen 6: Se inserta el material fracturado y previamente masado a la botella preparada. Luego se sella con Cinta de embalaje.
Imagen 7: Se rocía un chorro de agua y otro de ácido sulfúrico.	Imagen 8 Se agita la botella simulando un tambor rotatorio.	Imagen 9: Se verifica que las partículas del aglomerado se encuentren adheridas.

Segunda parte “Lixiviación de mini-columna”

Luego de tener todo el material curado los respectivos ayudantes y profesores procedieron a preparar la mini-columna, esta se puso en funcionamiento con la primera sección donde se tomó el primer punto de la curva cinética y así sucesivamente todos los grupos tomaron los puntos de la curva cinética, en el cual en total sumaron 11 puntos. Para registrar este punto es donde se realizó la determinación de concentración de cobre por volumetría.

Paso a paso “Determinación de concentración de cobre por volumetría en soluciones PLS” (Referencia del punto 7)

• Se tomó 10cc de la solución extraída de la mini-columna.
• Se le agregó aprox. 50 cc de agua destilada
• Se agregó unas 6 gotas aproximadamente de amoniaco (un chorrito), hasta que la muestra se puso de un color azul intenso.
• Luego se agregó 6 gotas aproximadamente de HCl (un chorrito) hasta que el color azul pasara a un color verdoso transparente.
• Se agregó 10 cc de KI, estos se midieron con la pipeta graduada.
• Se agregó 5 cc de ácido acético glacial, la muestra quedó de un color café puma.
• Después en el vaso precipitado se puso solución de tiosulfato  y se agregó a la bureta.
• Se comenzó a agregar tiosulfato de la bureta al matraz donde se tenía la solución y se agitó manualmente el matraz. Se hizo esto hasta que la muestra cambió a un color amarillo pálido.
• Se agregó unas gotas de almidón hasta que la muestra se puso de color azul oscuro.
• Se prosiguió con la titulación hasta que la muestra cambió a color blanco. 

Imagen 1 Mini-Columna	Imagen 2: Se extrae Solución de la mini columna.	Imagen 3: Se introduce la solución en un vaso de mayor área.
Imagen 4: Reacción de la solución con Amoniaco	Imagen 5: Reacción ante la adición de HCl	Imagen 6: Reacción ante la incorporación de ácido acético Glacial.
Imagen 7: Reacción una vez finalizada la titulación con tiosulfato.	Imagen 8: Reacción con la incorporación de almidón	Imagen 9: Solución final

En este procedimiento de determinación de concentración de cobre por volumetría en soluciones PLS se registraron los siguientes datos:

• Volumen utilizado para el muestreo volumétrico.
• Gasto de tiosulfato.
• Razón de lixiviación.
• Gasto de KI.
• gpl de Cu.
• Curva de cinética lixiviación.

Todo esto se registró en la siguiente tabla:

Resutados

• Razón de lixiviación en el curado en Kg ácido sulfúrico/tonelada de mineral tratado:

= 15,02 

MINERAL OXIDADO
6	% ley de cobre
2933	g mineral cargados a pila
175.98	g Cu total

Ptos	Hora	Gasto de volumen de muestra (cc)	Litros de Solución ácida	Solución ácida gastada acumulada	Gasto del ki 10% acumulado	Gasto de tiosulafato (cc)	Gpl de cu
0	09:50	0	10.5	10.5	0	0	0
1	18:09	260	10.2	20.7	10	7.75	24.60625
2	10:15	825	9.2	29.9	20	21.30	67.6275
3	17:36	429	8.8	38.7	30	18.15	57.62625
4	12:15	391	7.7	46.4	40	12.10	38.4175
5	13:00	613	7.5	53.9	50	12.55	39.84625
6	17:30	297	7.3	61.2	60	10.70	33.9725
7	10:30	270	6.3	67.5	70	8.10	25.7175
8	15:50	353	6.0	73.5	80	8.13	25.8233333
9	17:08	536	5.9	79.4	90	8.30	26.3525
10	11:00	867	4.9	84.3	100	6.50	20.6375
11	11:00	1066	3.4	87.7	110	4.50	14.2875
12	13:08	1284	2.0	89.7	120	1.70	5.3975

Cálculos de la curva cinética de lixiviación:

Datos: Pesos molares

Tiosulfato= 158,11 gr/mol

I2= 127 gr/mol

Cu= 63,55 gr/mol

Densidad tiosulfato = 1,6 g/cm2

Con respecto a la tabla evaluada en los días de prueba:

Punto 1

: 7,75 cc de tiosulfato de sodio por densidad

Son 12.4 gramos por peso molar obtenemos 0,078 mol

Por estequiometria 1:1 tiosulfato y yodo molecular

Por lo tanto son 9,91 gr de I2 y 4.98 gr de Cu

Por relación  gasto tiosulfato/gr de Cu = pls/ cobre obtenido total con respecto a la pls de ese dia (260 cc) el cobre total seria

260cc*4,98gr de Cu/7.75 cc = 167, 1 gr de cu

Punto 2:

21,3 cc de tiosulfato por densidad son 34,08 g de tiosulfato

Que se obtienen 0.216 moles y corresponden a 27,432 gramos de I2 y  gr de Cu 13,7

Como el desarrollo anterior la pls de este punto fue 825 cc

825 cc *13,7 gr de Cu/21.33 cc = 529,89 gr de cu total

Punto 3:

18,15 cc de tiosulfato que se obtienen  gr 29,04 y son 0,184 mol que se obtienen 11,67 gr de Cu y 23,68 de I2

Consumiendo una pls de 429 cc

429 cc *11,67 gr Cu/18,15 = 275,84 gr de Cu total

Punto 4

: 12,1 cc al pasarlo a gramos son 19,36 cc que son 0,122 mol

7,78 gr de Cu y 15,494 de I2 con una pls de 391 cc

391 cc *7,78 gr de Cu/12,1 cc = 251,4 gr de Cu total

Punto 5:

12,55 cc de tiosulfato que da una masa de 20,08 gr que son 0,127 mol que dan 8,07 gr de Cu

Y 16,13 gasto de I2 con una pls de 613 cc

613 cc * 8,07 gr de Cu/12,55 cc = 394,18 gr de Cu

Punto 6:

Gasto de 10,7 cc que en masa es 17,12 gr de tiosulfato que corresponde a 0,108 moles

Correspondiendo a  6,88 gr de Cu y 13,72 gr de I2 con una pls de 297 cc

297 cc * 6,88 gr de Cu/10,7 = 190,97 gr de Cu total

Punto 7:

Gasto de 8,7 cc de tiosulfato en masa es 13,92 gr y es 0,088 mol

Obteniendo estequiometricamente 5,59 gr de Cu y 11,76 gr de I2 su respectiva pls 270

270 cc *5,59 gr Cu/8,7 cc = 173,48 Cu total

Punto 8

: 8,13 cc en masa 13,01 gr de tiosulfato con 0,0822 mol resultando 5,23 gr de Cu y un gasto de 10,44 de I2 con una pls de 353 cc

353 cc*5,23 gr de Cu/8,13 cc = 227,08 Cu total

Punto 9:

8,3 cc en masa es 13,28 gr de tiosulfato y 0,084 mol con 5,338 gr de Cu y gasto de 10,67 gr de I2 con una pls de 536 cc

536 cc *5,338 gr de Cu/8,3 cc = 344,72 gr de Cu total

Punto 10:

6,5 cc en masa es 10,4 gr de tiosulfato que es 0,0658 mol con 4,18 gr de Cu y 8,36 gr de I2

Con 867 cc de pls

867 cc*4,18 gr de Cu/6,5 cc = 557,55 gr de Cu total

Punto 11:

4,5 cc de tiosulfato que es una masa de 7,2 gr dando  0,0474 mol obteniendo 3,01 gr de Cu con un gasto de 6,02 gr de I2 con una pls en ese punto de 1066 cc

1066 cc*3,01 gr de Cu/4,5 cc = 713,04 Cu total

Punto 12:

1,7 cc de tiosulfato que da una masa de 2,72 gr que es 0,017 mol obteniendo  1,1 gr de Cu y un gasto de 2,16 gr de I2 con una pls de 1284

1284 cc*1,1 gr de Cu/1,7 cc = 830,82 Gr de Cu total

Discusión

Situación	Discusión
La variación de los gastos del tiosulfato en cada  punto de la pila de lixiviación	Esto se debe a que al utilizar menor cantidad de tiosulfato en la mezcla, este no actuaba de manera satisfactoria como al utilizar una cantidad un poco mayor.
La relación que existe entre el aporte y consumo de ácido	Aporte de Ácido Consumo de ácido: Cuando existe esta relación, la recuperación metalúrgica se ve afectada. Aporte de Ácido > Consumo de Ácido: -En esta situación se presume que la recuperación metalúrgica máxima estuvo cerca de ser alcanzada. -Se obtiene como resultado una buena cinética -El consumo neto de ácido se ve incrementado -El sistema es abordado por impurezas. -Cabe la posibilidad de que exista un excedente de ácido. Siendo en este caso el aporte de ácido mayor que el consumo.
El gasto del KI al 10%	La medidas de el a 10cc, no se modificó, ya que al ir realizando el paso a paso solo se agregó lo mismo a cada solución.
Falla de canaleta	En la columna se pudo observar que se produjo una “falla de canaleta” ya que parte del ácido no se distribuyó uniformemente por la columna y esto afectó en la concentración de cobre que conténía la PLS. Además pudo haber influido la no supervisión de esto, ya que hay un vacío de datos entre el día 5 y 11 de la experiencia.

Conclusión

La cinética de lixiviación entrega aspectos bastante importantes los cuales pueden ser considerados en el campo del diseño de equipos y procesos o la determinación de mecanismos, siendo influyente en el análisis de operaciones. Además aprendimos de forma satisfactoria el proceso de curado ácido y de mini-Columnas de lixiviación en el laboratorio, analizando la solución de ácido extraída de la prueba de lixiviación para obtener la concentración por el proceso químico de volumetría. Conocimos los factores que intervienen en el proceso de determinación de concentración de mineral por el proceso nombrado anteriormente. También se determinó de manera experimental el tiempo de recuperación de cobre por mini-columnas, encontrando la eficiencia de recuperación, el consumo de agua y de ácido en el proceso. Parafinalmente poder generar el grafico importante de la curva cinética de lixiviación en función de concentración de Cobre recuperado v/s tiempo.

Anexo

• Materiales requeridos para esta experiencia