Bloque2.ProcesosMetalúrgicosUnitarios
MetalurgiaySiderurgia
MaríaLuisaPaynoHerreraJesúsSe3énMarquínezDPTO.DECIENCIAEINGENIERÍADELTERRENOYDELOSMATERIALES
EstetemasepublicabajoLicencia:CreaKveCommonsBY‐NC‐SA3.0
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Métodosgeneralesdeextraccióndeunmetaldesumena• Víasecaopirometalurgia
Calcinaciónotostación Fusión VolaKlización Electrolisisdesalesfundidas
• Víahúmedaohidrometalurgia Disoluciónolixiviación Purificaciónoconcentración AmalgamaciónodesKlacióndelaamalgama
electrolisis
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Tratamientos por vía seca o pirometalurgia
• CalcinaciónotostaciónEslaoperaciónporvíasecaenlaqueobtenemoselmetalsinfusiónysinevaporación
Puedeser: Sinmodificaciónquímica Conmodificaciónquímica
• SinmodificaciónquímicaTieneporobjeKvomodificarlascondiciones^sicasdelproductoquesecalcinaypuedeser:
Desecación Caldeoparaseparacióndedosomáscuerpos
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• DesecaciónEslaencargadadeeliminaruncompuestolíquidoqueimpregnaelmineral.NormalmenteesaguaodisolventeVentajas
Facilitarelmanejoposteriordelproducto
Reducircostedeltransporte Aumentarlacapacidaddetrabajodelosaparatos
Preservarlosproductosduranteelalmacenamiento
HAYQUEVALORARSIEMPRELOQUEENCARECELADESECACIÓN• Caldeoparaseparacióndedosomáscuerpos
EseltratamientoqueseledaaunamenaconobjetodequesuparteúKlquedealestadosólidoeinalterable,peroquepartedelagangapasealestadolíquidoodevaporEseltratamientoquesedaalaspizarrasbituminosascupríferasparasepararleslosaceitesqueposeen
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Calcinacióncondescomposiciónquímica
• Calentamientosinfusión• Pretendeunamodificaciónquímicageneralmentesela
denominatostaciónquepuedeser:– Simple– Oxidante– Clorurante– Carburante– MagneKzante– Aglomerante
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Tostaciónsimple
Calentamientosinfusiónofusiónincipientedelamena SolamenteintervienenmenaycombusKble Elmetalquedacombinadoyenformasólida,nohayvolaKlización,nifusión EssiempreendotérmicaReacciones:
Descomposicióndeloscarbonatosmetálicos: CO3M+calor—>MO+C02(gas)
Descomposicióndelossulfatosmetálicos: SO4M+calor—^MO+SO2(gas)
Descomposicióndeloshidróxidos:M(OH)2+calor—>MO+H2O(gas)
Descomposicióndelosóxidos:3MO2+calor—>M304+02(gas)
Descomposicióndelossulfurosdobles:2S2M+calor—>2SM+S2(gas)
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Aplicacionesdelatostaciónsimple
• Suaplicaciónprincipalesparamenasenformadecarbonatososulfatos
• Enprimerlugarseproducelaperdidadeagualibrequenofinalizahastatemperatura
mayorde100ºC
• Elaguacombinado(hidratación)terminaa500ºCqueescuandocomienzaladescomposicióndeloshidróxidos
• Entre200y700ºCsedisocianloscarbonatosysulfatos,perolosalcalinotérreosse
disociana1.000ºC
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Tostaciónoxidante
• Elprocesoconsisteenelcalentamientosinfusióndeunamenaencontactoconunagenteoxidante
• Elagenteoxidantegeneralmenteesoxígenodelaireouncompuestoquímico(óxido,nitrato)quealdescomponerseproporcioneeloxígeno
• Latemperaturadebedeserlosuficientementealtaparaqueelequilibriosedesplacehacialadescomposicióndelamena.
• Silatemperaturaesdemasiadoaltasefundelasuperficieeimpidelaoxidación
• Senecesitaexcesodeaire,porencimadeloxígenoteórico,paracompensarladiluciónengasesproducidos
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Factoresqueinfluyenenelproceso
• Temperatura: depende del Kpo de mena y Kpo de horno. Mayor de 500ºC ygeneralmenteentre750‐950ºC
• Concentración de oxígeno: a mayor concentración de oxígeno más velocidad dereacción ymenor pérdida de calor por el exceso de aire y nitrógeno (se inyecta aireenriquecidoconoxígeno)
• Forma de presentación de lamena:más dividida,mayor velocidad de reacción peromásarrastredeparmculasdemenaporlosgases
• Siempreseformaelóxidoconmayor%demetal
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Tostaciónoxidante
• ElobjeKvopuedeser:
Descomponeralamenaproduciendoelmetallibre(extraccióndirecta)(1)
Descomponerlamenadandouncompuesto(óxidoosulfuromássencillo)dondeelmetalseamásfácildeseparar(2)
Descomponerlamenaenotroscompuestosintermediosparaunatransformaciónposterior(tostaciónparcial)(3)
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Tostaciónoxidante
Extraccióndirecta(1)
• ObjeKvo: Descomponerlamenaenungasyelmetalaobtener
Reacción: SM(s)+O2(g) SO2(g)+M(s)
Temperatura:
DependedelKpodemena,generalmente>400ºC
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• Transformaciónenuncompuestomásfácildereducir(2)• DeunóxidoenotroóxidoenelqueelmetalMtengamenosafinidadpor
eloxígeno
4M3O4(s)+O2(g)=6M2O3(s)
• Transformarunsulfuroenunóxidoo“tostaciónamuerte”
2MS(s)+3O2(g)=2MO(s)+SO2(g)
• Transformarunsulfuroenunsulfatosolubleparaseguirelprocesoporvíahúmeda
SM(s)+O2(g)=SO4M2(s)
Tostaciónoxidante
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“Tostaciónamuerte”
• Lareacciónesexotérmica(200‐750ºC)ydependiendodelKpodemenapuedenonecesitarsecombusKbleauxiliar.Seproducenperdidasdecalorporlasalidadegasesycalcinado,porlasparedesdelhorno
• Tambiéninfluyeelcontenidodeazufrequepuedetolerarseenlacalcine.Cuantomásbajomásnecesidaddetemperaturaenelhorno
• HoyparaahorrarenergíaseuKlizanvariosfactores: precalentamientodelacarga preparacióndelacarga(contenidoenazufre,tamañodegrano) Controldelaatmosferadelhornoyrecirculacióndegases Fluidificacióndellecho
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Tostaciónparcial
• ObjeKvo:transformarlamenaporoxidaciónparcial,quedandoelmetalparteensuformaquímicaoriginalypartecomoóxido
• Variantes:segúnseproceseelproductodelatostaciónparcialtenemos:
Tostaciónparcialpreviaaunareacción tostaciónparcialpreviaaunafusión
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Tostaciónparcialpreviaaunareacción
• Tieneporobjetonoverificarlaoxidacióncompletadelossulfuros,paraobteneruntostadoquecontengaunapartedesulfurosinreaccionarmezcladaconóxido,paraposteriormenterealizarunareacciónentreelóxidoformadoyelsulfuronooxidado
• Reaccióninicial 3MS(s)+3O2(g)=SM(s)+2MO(s)+SO2(g)• Reaccionesposteriores
• a)SM(s)+2MO(s)=SM(s)+SO4M(s)• b)SM(s)+SO4M(s)=2M(s)+SO2(g)
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Tostaciónparcialpreviaaunafusión
• ObjeKvo:separardosmetalesM1,M2presentesenunamenacomplejasulfurada
• Fundamento:eligiendoconvenientementelatemperaturaenfuncióndelaafinidaddeambosmetalesseconsiguequeunodeellospaseaóxidoyelotroquedecomosulfuro
• EnlareacciónposteriordefusiónañadiendolosreacKvosadecuadospodemossepararunodelosmetalesenestadofundidoyelotroenformadeescoria
• 2CuFeS2+3O2 2CuS2+2FeO+2SO2• CuS2+FeO+SiO2 CuS2+SiO2.FeO
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TostaciónClorurante• ObjeKvo:transformarunamena(sulfuro,óxido)enunclorurosolubleo
voláKlparasuposteriortratamientoReacciones:
2ClNa(s)+SM(s)+2O2(g)=Na2SO4(s)+Cl2M(s,l,g)4ClNa(s)+2MO(s)+S2(s)+3O2(g)=Na2SO4(g)+2Cl2M(s,l,g)
• ReacKvos:cualquiercloruro,peroporrazoneseconómicasseemplean: MgCl2 CaCl2 NaCl clorogas
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• Fundamentalmenteesuntratamientoparalosacerosqueconsisteenmodificarlasuperficiedeunaceroparaaumentarsuspropiedadesmecánicas(generalmentedureza)
• Existendosprocesos:
Cementación(seañadesolocarbono) Carbonitruración(seañadencarbonoynitrógeno)
TostaciónCarburante
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Tostaciónmagne3zante• ObjeKvo:transformarFe2O3(nomagnéKco)enFe3O4(magnéKco)porcalentamientoentre
700‐800ºCposibilitandolaseparaciónyconcentraciónmagnéKcaposterior• Proceso:uncombusKblequemadoenatmosferapobreenoxígenogeneraelcalorylosgases
reductoresnecesariosparalatransformaciónquímica.
• Serealizaenunhornorotatorioencontracorriente
mineralEncargadosdemantenerelhornoalatªnecesariaparalatostaciónmagneKzante
descarga
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Tostaciónaglomerante
• Existendosvariantes: Tostación por núcleos, cuyo objeKvo es enriquecer elmineral en un
metal.Elcasomasfrecuenteeseldepiritascupríferas
o Pilaexteriordepiritao Oxidaciónexotérmicaespontáneao Fusiónde sulfurode cobreque se concentraenel interior yquedarevesKdoporcapadeóxidodeFe
o Fragmentaciónyseparación
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Sinterizaciónesunaaglomeracióndepolvodemineral(<10mm...)queseproducecuandoelaireoxidasuperficialmenteyfundeexteriormentelasparmculasqueseaglomeran. Si elmineral noKeneazufre y no se genera calor se agrega cok enpolvo
• Variables en la sinterización :menores perdidas de polvo,mejor transmisión decalor,mejorresistenciamecánica,mejorcirculacióndegases
Cintadesinterización
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Fusión
• Procesometalúrgicoqueoriginaunproductoenestadofundido:unmetalnoaptoaunparasuusocomercialounproductointermedio(mata,Speiss)
• Variantes:
Sinmodificaciónquímica
conmodificaciónquímica
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Fusiónsinmodificaciónquímica
• elmetalpermanece,comoigualcompuestoquímicoqueenlamenaKpo:
separacióndeunmetaldesuganga
fusióndeunmetal preparacióndeunaaleación afinodeunmetal
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• seadicionanreacKvosyelmetalolagangavaríansucomposiciónquímica
oxidante reductora conprecipitaciónescorificante carburante sulfurante complejas
Fusiónconmodificaciónquímica
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Fusiónsinmodificaciónquímica
a)Separacióndeunmineraldesuganga• seconsiguesepararmetalygangaporque:
– tfusióndelmetal<tfusióndelaganga– tfusióndelmetal>tfusióndelaganga– tfusióndelmetaltfusióndelaganga(peroformandodoscapasde
líquidonomiscible)• Ejemplo.Metalurgiadelníquel
capasuperiorfundidasulfurodeCuyNa• mineralmatafusión
capainferiorfundida sulfurodeNi
sulfurosdeCu,Ni,Na
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Fusiónsinmodificaciónquímica
b)Fusióndeunmetal• Operaciónnecesariaparaobtenerelmetalenlingotecomercial
• Noseproducereacciónenlamasaprincipalperosucedenreaccionessecundariasqueafectanalacalidaddelproducto
• Lasreaccionessecundariaspuedenserproducidasporlaspropiasimpurezaspresentesenelmetaloporelcontactoconotroselementosdelproceso(paredesdelhorno,atmósfera,moldes)
• LosKposdereaccionessecundariaspuedenser:
Disoluciónordinariaenelmetallíquido Formacióndeunaaleaciónsuperficialentremetalymaterialdelmolde Transferenciadesólidohaciainteriordellingotepordiferenciade
temperaturas Reacciónentremetaleimpurezasoentrediferenteselementos
presentescomoimpurezas
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Fusiónsinmodificaciónquímica
C)Preparacióndeunaaleación• SeobKeneunaaleaciónporfusióndesusconsKtuyentesen
proporcióndeterminadaporlaspropiedadesaalcanzaryporeldiagramadeequilibrio
• Seproducenreaccionessecundarias:– Oxidación– Disolucióndegases– VolaKlización
• Latemperaturavienedeterminadaporlasexigenciasdeldiagramadeequilibrioyporlanecesidaddeminimizarlasreaccionessecundarias
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Fusiónsinmodificaciónquímica
d)Afinoporlicuación SebasaeneldisKntopuntodefusióndelmetalydelasimpurezas Enlaseparaciónpordensidadesentreelmetalylasimpurezas,ambosen
estadolíquido EneldisKntopuntodesolidificaciónentreelmetalpuroylasimpurezas
• EjemplodelametalurgiadelPb Plomodeobra(Ag>1,6%,Cu,Bi,As) Fusiónyposteriorenfriamientolento
SólidocristalinoPbypobreenAg + FundidoPbargenmfero(muchaAg)yBi
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FUSIÓNCONMODIFICACIÓNQUÍMICA
• Consisteenlareacciónenfaseheterogénea,conpredominiodelafaselíquida,entremetal,gangayreacKvos,dandolugaraunproductoenelquesusdiferentescomponentespuedensepararsepormétodos^sicos
• Elprocesovieneregidopor:– Condicionesdelequilibriotermodinámico:concentración,composición,fases,
presionesytemperaturas– CondicionescinéKcasdelasreacciones:velocidaddereacción,tamaño
granulométricodereacKvos,transferenciademateriaycalorenelreactor– Fasesdelosproductos(sólido,líquido,gas)quedeterminaranlasopcionesde
separación– Lascondicionesdelosprocesos(presión,temperaturaycomposición)vienen
determinadasconelauxiliodediagramas:• Energíalibre,presionesparciales• Deestado(metal,carbono,oxigeno)y(metal,azufre,carbono,oxígeno)
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FUSIÓNOXIDANTE
• ConsisteenlareacciónentremenasocompuestosmetálicosconreacKvosoxidantesalatemperaturanecesariaparaquelareaccióndeoxidaciónsealomásrápidayeficiente
• ObjeKvoyaplicación:– ConseguirlaoxidaciónselecKvadelosmetales,bienparaafinar
metalesoparatransformarproductosintermediosomenas• Fundamento:
– Enelcasodeóxidosdevariosmetaleslaestabilidaddependedesucalordeformaciónoenergíalibre.Asíelmetaldemayorcalordeformaciónactúadereductorfrentealdemenor:
M1+M2O M1O+M2• oeneldesulfuroslaoxidaciónsegúnlareacción
SM1+O2 M1O+SO2
Seproduce,cuandocoexistensulfurosdevariosmetales,enordeninversoasuestabilidad,determinadaasuvezporsucalordeformación
S2CuFe+O2 S2Cu+FeO+SO2S2Cu+FeO+SiO2 S2Cu+FeO.SiO2
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FUSIONOXIDANTE:AFINOdemetalesimpuros• Eloxidantepuedeseroxígenodelaire,aireenriquecidoounóxidodelmetalaafinar,
formándosesiempreelóxidodelmetalconmenor%deoxígenoyconunareacciónquesiempreesexotérmica
• Ejemplo:ElafinodelCu• ElCuobtenidoporfusiónconKenebastantesimpurezasynopuedeseruKlizadoenlaindustria,
siendonecesariounafino
ComposicióndelCu 98,5%deCu 0,2%deazufre 0,3%deFe PequeñascanKdadesde:As,Sb,Au,Ag,….
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• Lasimpurezasoxidadasseseparandelmetalpor:– Enformadegases– Espumasqueseeliminandelasuperficie– Escoriasinsolublesenelfundidoqueseeliminan
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FUSIONOXIDANTE:DESULFURACIÓNDEMATA
• SeuKlizaparatransformarenunóxido,lossulfurosdeunamatadecobreodeníquel,productosdeoperacionesdebeneficiometalúrgicadelasmenas
• LareacciónesdelKpo SM+O2 MO+SO2
• Elfundamentotermodinámicodelprocesosebasaenquelaestabilidaddelosóxidosesmayorqueladelossulfurosyasuvezsiexisteunamezcladeestossedescomponensiguiendounordendeterminadoporsuscaloresdeformación
• Ejemplo.EnunamatadeFe,ZnyCuenformadesulfuros,seoxidanenelordenFe,Zn,Cu,deformaqueelFe,Znpasanalbañofundidocomoóxidos,concentrándoselamataenCu.
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FUSIÓNREDUCTORA
• ObjeKvo: Obtenerunmetaloaleación Transformarunproductodeunaetapadelprocesometalúrgicoenotromásfácilde
tratar Afinarunmetaloaleación
• Fundamento: MO+R M+RO–Q(endotérmica)
• ElagentereductorRpuedeserC,CO,H2,CO+H2O(gasdeagua),Mg,Al.EstosdosúlKmossoloparametalurgiasespecialesporsuelevadoprecio
• Enelcasodelafinosetratadeeliminarlosóxidosquehayanformadolasimpurezasquepuedenaparecersuperficialmentecomocostraoenelinterior,disminuyendolaspropiedades^sicasomecánicasdelmetal
• Elprocesoanteriorsedenominadesoxidaciónylafuncióndelagentereductoreldestruirlosóxidosdelasimpurezas.
• ComodesoxidantesseuKlizanfósforoyazufreenlametalurgiadelcobre;óxidosdemagnesioymanganesoenladelníquelyFe‐Mn,Fe‐Cr,Si‐Alenlasiderurgia
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FUSIÓNESCORIFICANTE
Fundamentodelproceso:• (mena+ganga)+fundente+combusKble mata,speiss+escoria• LaescoriaenestadofundidodebetenerdensidaddiferentedelamenafundidaparapermiKr
suseparación• ElobjeKvodelosfundentesesrebajarlatemperaturadelprocesoparaprotegerlos
refractariosyahorrarenergía• Requisitosdelaescoria:
– Bajatemperaturadefusión– Bajaviscosidadparaquefluyan– Nomisciblesconelmetalfundido– Pesoespecificobajoparaqueflotensobreelmetalfundido
• Tiposdeescorias:– SucomposiciónquímicaesunasoluciónsólidadeóxidodeAl(Al2O3),sílice(SiO2)yde
óxidosdelasimpurezas(Sb,Ni,Zn,Sn…)– segúnlascaracterísKcasdelosóxidos:
• Acidas,básicasanfóteras(aspectoimportanteporsurelaciónconlosrefractariosyporsurelaciónconlaviscosidad)
– segúnsumatriz:férricasonoférricas
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FUSIÓNCARBURANTE
• Seempleaexclusivamenteensiderurgiaparadisolvercarbonoenelhierrofundido(recarburación)
• ComoreacKvoseuKlizacarbonodirectamente.ElCOgeneradoenlareacción
C+O CO FeO+CO Fe3C+CO2
• LadisolucióndeCenelFeylaformaenquesepresentaelsistemaFe‐C,vienedeterminadoporeldiagramaFe‐C
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FUSIÓNSULFURANTE
• SuobjeKvoesobtenerunamata,comoproductointermediodelprocesometalúrgico,queconcentrealosmetalesdeinteréspresentesenlamenamediantesutransformaciónensulfuros
• Reacción: SM1+M2O SM2+M1O+calor
• Lamataobtenidadebecumplir: Fusibleatemperaturas<1.200ºC Densidaddemata>densidaddeescoria Contengalossulfurosdelosmetalesaobtener
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FUSIONESCOMPLEJAS
• SuobjeKvoesobtenerdirectamenteelmetalenestadolíquidosegúnlasreacciones:
SM+2MO=3M+SO2
SM+SO4M=2M+2SO2
MO+1/3SM=M+1/3MO+1/3SO2
• Laoperaciónvaprecedidadeunareacciónoxidanteparatransformarparcialmenteelmetalenóxidoosulfato
• SeuKlizaenlametalurgiadelcobreydelplomo
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VOLATILIZACIÓN
• ConsisteenllevarlamenaaunatemperaturasuperioraladeevaporacióndelmetalqueseobKeneporcondensación
• Esunprocedimientocontendenciaaemplearseenmenormedidaporlaspérdidasdemetal,impactoambientalycostoenergéKco
• Seempleaparamenasnoreduciblesporotrosmétodosometalesvaliososyrarosqueseencuentrencomoimpurezasenlasescorias
• Losposiblescasosquesepuedenpresentarson: VolaKlizaciónsinmodificaciónquímica:
SeparacióndeunmetalnaKvodesuganga Afinodemetales
VolaKlizaciónconmodificaciónquímica
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Vola3lizaciónconmodificaciónquímica:
• Deunmetalosucompuestotrasunprocesodeoxidación:enlatostaciónoxidanteseformaunóxidodelmetalmásvoláKlqueelcompuestooriginal.DelosgasesporcondensaciónseobKeneelóxidodelmetaloelmetalsilaatmosferaesreductora.
Deunmetaldespuésdeunareducción:consisteenlareduccióndeóxidosmetálicosconproduccióndemetalgaseoso,enatmósferareductora
Deuncompuestodelmetaltrastostaciónclorurante:losclorurosformadossevolaKlizanycondensanparasutratamientoposteriorporelectrolisisendisolución
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HIDROMETALURGIA
• OPERACIONESPORVÍAHÚMEDA:HIDROMETALURGIA
• EnlosúlKmosaños,lastendenciasdelametalurgiaextracKvasehavistocondicionadaportreshechos:
Disminucióndelasleyesdelosminerales Impactoambientaldelasindustriasminerasymetalúrgicas
Preciosbajosdelosmetalesenlosmercadosinternacionales
• EstohadesembocadoenlainvesKgacióndelostratamientosmetalúrgicosconobjetodeabaratarcostes,incrementarlasrecuperacionesydisminuirlosproblemasambientales
• LahidrometalurgiasepresentacomoalternaKvainsusKtuibleparaeltratamientodemuchasydiversasmateriasprimas
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OPERACIONESPORVÍAHÚMEDA:HIDROMETALURGIA
• Consisteeneltratamientodeminerales,concentradosuotrosmineralesmetálicosporvíahúmeda,obteniendounasoluciónacuosadelosmetales,enunrangodetemperaturasentre25‐250ºC
• Permitetratarunaampliagamademinerales
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HIDROMETALURGIA
VENTAJAS:• Máseconómicaparainstalacionesdemedianaopequeñasproducción
• Permitetratarmineralescomplejosconpresenciadebajasconcentracionesdematerialesvaliososcuyoaprovechamientofavoreceelrendimientoeconómico
• Costosdepersonalmásreducidosqueparalapirometalurgia
• Permitetratardeformarentablemenaspobresoresiduales
• Posibilitalaseparacióndemetalescuyasemejanzadecomportamientoquímicolohaceimposibleporpirometalurgia
• ElconsumoenergéKcoesmuchomásbajo
• Lasmenasquenopuedensertrituradaspuedensertratadasenpilas
• Suimpactoambientalfundamentalmentelacontaminaciónatmosférica,esmásbaja
• Controldelosprocesosmássencillosyconmenormanodeobra
• Losresiduosdelprocesosepuedenbombearsinnecesidaddecucharas.
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DESVENTAJAS:
• ReacKvosmáscarosqueenlapirometalurgiaqueuKlizasoloaireycok
• Controlesmásestrictosdeparámetrosdeoperación
• Ingenieríamáscomplejasdelasplantas• Generanresiduossólidosylíquidosquesonfuentedeproblemas
muyimportantesdeverKdo
• Desventajaeconómicafrentealapirometalurgiaparamenasricas
HIDROMETALURGIA
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LIXIVIACIÓN
• “Leydecorte”:riquezadelamenapordebajodecualnoesrentableelbeneficiometalúrgico.Dependedelpreciodelmetalydesuriqueza
• Lahidrometalurgiaydentrodeellaelprocesodelixiviaciónhatomadounagranimportanciaenfuncióndelanecesidaddetratarmenasmáspobresomenasresiduales
• Elmétododelixiviacióncondicionalanecesidaddeciertospretratamientos(trituración,molienda,…).EsmuyimportanteelconsumodereacKvosysuprecio
• Existendosvariedadesprincipalesdelixiviación:– EstáKcaoporpercolación:
• Insitu• Enmontones• Enestanques
– Dinámicaoporagitación:• Mecánica• NeumáKca
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LIXIVIACIÓNESTÁTICA
• ElsólidopermaneceestáKcoyellíquidopercolaatravésdeél
• Eltamañodelaparmculademineralhadesersuficienteparaqueellíquidocircule
• ElrendimientoesbajopornoentrarencontactoelreacKvolixiviadorconlaparteinteriordelosfragmentos
• LacinéKcaeslenta(años,rendimientodel50%).Senecesitaposteriorconcentracióndelixiviadopuesmuydiluido
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Lixiviacióninsitu
a)yacimientosubterráneo• Sesolubilizalamenadeun
yacimientosinextraerelmineralinyectandoelreacKvolixivianteyextrayendoellixiviadomediantepozos
• Seaplicaaminasyaexplotadasoayacimientospobres
• Elyacimientohadereunirciertascondiciones:– Estarentredoscapasimpermeables– Buenconocimientodelyacimiento
paraconocerlasolubilidaddelamenayelbalanceeconómico
– Noafectadoporacuíferos
Métodosdelixiviacióninsitu:a. Yacimientosubterráneob. MinaanKguayaexplotada
a)
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b)MINAANTIGUAYAEXPLOTADA
Métodosdelixiviacióninsitu:MinaanKguayaexplotadaBiswas,A.K.yDavenport,W.G.ExtracKvemetallurgyofcopper
Nivelesexplotados
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Lixiviaciónenmontones
• Elmineral,seapilaenmontonesdenominadospilasoeras,atravésdelascualespercolaellíquidolixiviante.Lasoluciónlixiviadaserecogeparasuposteriorconcentración(cambioiónico,extraccióncondisolventesoprecipitación
• Laspilaspuedenserformadasporelmineralsegúnseextrae(lixiviacióndump)otrassuprocesadoparareducireltamaño(Lixiviaciónheap)
• Senecesitaunapreparacióndelterrenoprevia,másintensaenelúlKmodeloscasos,paraevitarfiltracionesalsubsueloypararecogerellixiviado.Lasoluciónlixiviadorasedistribuyeenlaserasporaspersiónoporinundación
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Lixiviaciónenmontones
a)lixiviaciónenvertederoolix.dump
mineralesmarginales
nojusKficaunatrituración %Cu<0,3%
Mineralmasricoaprocesoconvencional
Mineralmaspobres,cuandonoseaprovecha
Parahacermaseficazelcontactodellixiviante
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Lixiviaciónenmontonesb)lixiviaciónpreparadoentamañoolix.head
• JusKficapequeñosgastostrituración
• MineralesdeCuentre0,3‐1%• Esnecesarioprepararelterreno• Ligerainclinacióndelterreno(entre1‐8º)• Capadearenaderío,10‐15cm.• LaminadepolieKlenoomaterialsimilar
• Sobreéstavanlastuberíasdedrenajeperforadaspararecogerloslíquidos
• Nuevacapadearena,sobrelalaminaytuberíaparaprotegerla
• Mineralomena
Preparacióndelapila
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DiquedelixiviaciónenlaMinaVeladero(SanJuan‐Argen3na)Autor:AntonioGri�a.Licencia:CCBY
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Lixiviaciónestá3caenestanques• SeuKlizaparamineralesdeCuoxidados(1‐2%)yseatacaconacidosulfúrico(50‐100gr/l)• Etapas
Llenadodelestanqueconladisolución empapadodelsólidoduranteunKempo Vaciadodelestanque
• Lasolucióndrenadaavanzaalpróximoestanque,dondeserepite• Aunasolacargaselapuedesometeravariaslixiviacionesconconcentracionescrecientesdelixiviante• SiparaunaextracciónópKmademetal,senecesitanseisciclosdelixiviación,sedeberíaestartratando
simultáneamenteseiscargasdisKntasenseisestanquesdiferentes
Lasolucióndelixiviacióncorroeelhormigón
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Lixiviaciónestá3ca:factoresgenerales
• Esfundamentalelegirlascondicionesdeoperación(reacKvo,concentración,Kempo)paraevitarsedisuelvancomponentesdelaganga
• AlllegaraunciertorendimientomínimosesusKtuyeelmineral
• SeuKlizaprincipalmente:
– Óxidosdecobreconácidosulfúricoenestanquesomontonesheap
– MineralespobresdeCucomosulfurosconacidosulfúricodiluidoendump
– Mineralesdeoroconcianuro(CN‐)enmontonesheap
– MineralesdeuranioconsolucionesácidasobásicasdependiendodelKpodemontonesheapoinsitu.
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Lixiviaciónestá3ca:factoresquímicos• Lasreaccionesquepuedentenerlugarenlosmontonespuedenser:
Reductoras,siellíquidoinundatodoellechodemineral Oxidantes,sielmineralquedaporencimadelafaseacuosa Deprecipitacióndecompuestos insolublesenel reacKvo(alunitas, jarositas)
quepuedenobstruirlapercolación
Lixiviaciónestá3ca:factoresisicos
Formade presentación delmineral:mineral fracturado en la explotaciónminera,residuo omineralmarginal trasladado a vertedero , mineral trasladado desde laexplotación a pilas head o estanques y mineral triturado y clasificado paraLixiviacionenheadoestanque
Compactacióndelascapasinferioresporelpesodelmineralydelamaquinaria Permeabilidaddelaspilas AccesibilidaddelreacKvoa lamenaen los fragmentosquedependentambiénde
lascaracterísKcasmineralógicasdelamenaydelaganga
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Lixiviacióndinámicaoconagitación
• ElmineralyladisoluciónestánenmovimientorelaKvoloquedetermina: Mejorescondicionesdecontacto
Mayorvelocidaddereacción Mayoreficienciaenelrendimiento
Posibilidaddetratarmenasmásricas Necesidaddemenasdefinotamañodeparmcula
• Seefectúaenseriesde3‐4tanques• Elbuenrendimientoeconómicodelprocesopermitetrabajarcontemperaturasde
60‐70ºCoapresión,paraaumentarelrendimientooparatratarmenasmásdi^ciles
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Lixiviación:Agitación• Lalixiviaciónapresiónatmosféricaesel
procedimientomásuKlizadoanivelindustrial• Esnecesariaparaevitarqueelsólidosesedimente,
dandoalfluidounavelocidadmínimallamadavelocidadcríKcadeagitación
• SepuedeconseguirconagitaciónmecánicaporunejequerotaconhéliceoturbinaypormediosneumáKcosporinyeccióndeaire(tanquePachuca)
Sololaboratorio
Restodeprocesos
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Diagramaesquemá3codeuntanquereactorPachucaconagitaciónneumá3ca
Ladensidaddelapulpaenelinteriordeltuboesinferioralaque3eneenelexterior,loqueprovocaunadiferenciadepresiónquefuerzaalapulpaaascenderdentrodeltuboyrebosarensupartesuperior,haciendocirculartodalacargadelreactor
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QUÍMICABÁSICADELALIXIVIACIÓN
• Tiposdereacción Procesos^sicos:disoluciónsintransformaciónquímica Procesosquímicosreaccionesácido‐base
o MineralesoxidadosdeCuconácidosulfúricoo CalcinadosoxidadosdeZnconácidosulfúrico
Procesoselectroquímicos:reaccionesred‐oxo Lixiviacióncianurantedemineralesdeoroyplatao Lixiviaciónoxidantedemineralesdeuraniocongangabásicao Lixiviaciónoxidantedemineralesdeuraniocongangaacidao Lixiviaciónconcloruroférrico(FeCl3)oclorurodecobre(CuCl2)deminerales
sulfurados
o Lixiviaciónconclorogaseoso
• TiposdereacKvos Ácidos:H2SO4,HCl,HNO3 enfuncióndelKpodegangaquetengaelmineral
Básicos:NH3,NaOH,Na2CO3
Salinos:CNNa,CNK Gaseosos:O2,Cl2
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LIXIVIACIÓNBACTERIANA
• Lalixiviaciónbacterianaobiolixiviación:elataqueysolubilizacióndeunmineralmediantelaaccióndirectaoindirectademicroorganismos
• Fundamento:bacteriascomolaTiobacillusFerroxidanscapacesdecaptarelectronesparasusnecesidadesenergéKcasmetabólicasoxidandoacompuestoscomoazufrelibre,piritas,hierroferroso,sulfurosdecobre
• Sonloscausantesdelaacidezdeaguasdeminasabandonadasodeescombreras
• Factoresinfluyentes: PresenciadeanionesocaKonestóxicos(quepuedendisminuiroparalizarlaacKvidadde
lasbacterias)
pH Nutrientesquenecesitanparaconstruirsutejidocelular(N,P,S,Mg) Atmósfera
Temperatura TamañodeparKcular Formacióndeprecipitados
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BIOLIXIVIACIÓN
• Ventajas SinemisionesdeSO2 BajoconsumodereacKvos BajoconsumoenergéKco Tratamientodemineralespobres Fácilseparacióndesubproductos
• Desventajas Reaccionesmuylentas Disolucionesdemasiadodiluidas
• Aplicacionesindustriales MineralesdeCumuypobres(0,25‐0,50Cu) Mineralesdeuranio Mineralesconmenasrefractariasdeoroyplata
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PURIFICACIÓNYCONCENTRACIÓN• Esunaoperaciónposterioralataquedelamateriaprimayanteriorala
precipitación• SutratamientovienedeterminadoporlascaracterísKcasdellicorde
lixiviación: Queseapobreconrespectoalmetalprincipal Siexistenvariosmetalesdeinterés Siestánpresentesdosmetalesdecomportamientoquímicosimilarparamodificar
suformulaquímicaypermiKrsepararlos Siexistenimpurezasquepuedencontaminaralmetaldeinterésodificultarsu
obtención
• Posiblesprocesos: Precipitacióndeuncompuesto Extraccióncondisolventesorgánicos Intercambioiónico AdsorciónconcarbónacKvo
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PRECIPITACIONQUÍMICA
• Consisteenlaformacióndeuncompuesto,delelementoaconcentrar/separar,queseainsoluble.
• Precipitacióndesulfurosmetálicosconácidosul�ídricoH2S– TransferenciadeH2Sdesdelafasegaseosaparasudisoluciónenlafaseacuosa
– H2S(gas) H2S(acuoso)
– disociacióndelH2Sparadarionessulfuro– H2S H++SH‐
– H2S S=+2H+
– ReacciónentreelionsulfuroyloscaKonesmetálicosendisoluciónparaprecipitacióndelsulfuro• S=+Me2+ SMe(s).
– ActuandosobreelpHsepuedevariarlaconcentracióndeazufreyprecipitarselecKvamentelos
sulfurosdediferentesmetales
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• Precipitacióndehidróxidosmetálicos:
• Muchosionesmetálicospuedenserhidrolizadosparaformarhidróxidosmuypocosolublessegúnlasiguientereacción
– Men++nH2O Men(s)(OH)+nH+– ElpHregulaelintervaloenqueundeterminadoMepuede
precipitarsecomohidróxido
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Extraccióncondisolventesorgánicos
• SeproduceunatransferenciademasadelasoluciónférKl(metaldeinterés)aunafaseorgánica(reacKvodeextracción)concentrándoseelmetaleneste(extractoorgánico)yquedandolasoluciónacuosaconunabajaconcentracióndelmetal(refinado).
• Estaeslaetapadeextracción• Secompletaconlaetapade
reextraciónoeluciónenlaqueelmetalconcentradoseextraedelextractoorgánico,yelreacKvodereextraciónserecircula
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Extraccióncondisolventesorgánicos
Sol.lixiviante Impurezas+agua
Disolventeorgánico Cu+disolventeorgánico
SulfatodeCu
Disolventeorg.recuperado
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EXTRACIÓN:técnicas
MúlKpleendisconKnuo• Seponeencontactounvolumendedisolventeorgánicoconellíquido
lixiviante
• Elrefinodelaetapa1eslasoluciónférKldela2ysucesivamente• Sepuedecalcularlaconcentracióndelmetalquequedaenlafaseacuosadespuésden
puestasencontacto
Rediduoorefino
(disoluciónacuosa)
Extracto(disolvente+metal)
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Discon3nuaencontracorriente
Residuopobre(imp.+agua)
Lafaseorg.máscargada,conlafaseacuosafresca
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Con3nuaencontracorriente
Residuo(Impurezas+agua)
Seponenencontactolasfases:disolvente+residuo
Sol.lixiviante
Disolvente+metal
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EXTRACIÓN:composiciónfaseorgánica
• EstáconsKtuidaporagenteextractante,diluyenteymodificador
• ElagenteextractantedebedetenerestascaracterísKcas:– CapacidadselecKvadeextraerelmetaldeinterés– Nomiscibleconfaseacuosa– Defácilreextracióndelmetal– Estableparausarlevariasveces– Notóxico– Económico– Eldiluyentesirveparadisolverelagenteextractante(paranouKlizargran
canKdaddeextractante,poreconomíayparahacerlomenosviscosoyquesemezclemejor)ydebede:• Sermiscibleconelextractanteeinmiscibleconlafaseacuosa• Noinflamable,nitóxico• Estable• Económico
– ElmodificadormejoracapacidadyselecKvidaddelagenteextractante
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EXTRACIÓNporintercambioiónico
• ElobjeKvodelprocesoesextraerelmetaldeunadisoluciónmuydiluidamediantesuretenciónselecKvaenlasuperficieacKvadeunaresinaintercambiadora
• Seempleaendisolucionesdeuranioyenefluentesyresiduosmetalúrgicos
• Estáncompuestosdeunamatrizcopolímero,unagentereKculantequeledalaestructuratridimensionalyelgrupofuncionalquepuedesercaKónicooaniónico
• ElprocesoKenecomoetapas:– Absorciónhastaquetodoslosgruposfuncionalesquedansaturadosporlas
moléculasdemetal– Eluciónoregeneraciónenlaqueconunvolumenmínimodelíquidoeluyente
seproduceelprocesoinversoobteniendounadisoluciónmasconcentradadelmetalyseregeneralaresina.
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EXTRACION:absorciónconcarbónac3vo
• Proceso:unasoluciónférKlseponeencontactoconcarbónacKvocuyagranáreasuperficialpermitelaretenciónselecKvadelmetal
• Comoenelcasoanteriorsediferencialaetapadeabsorciónyladeeluciónoregeneración
• Seempleaenlametalurgiadeloro,plata,molibdenoymetalesdelgrupodelplaKno
• Losfactoresquefavorecenelprocesoson:– PequeñotamañodeparmculadelcarbónacKvo– Bajatemperatura– BajopH
• PrincipalesmétodosoperaKvos:– ElcarbónacKvosedisponeenunacolumnaatravésdelacualcirculalasolución
férKl– Elcarbónsemezclaconlapulpadelixiviación,secribayseregenera
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