Tesis DISEÃ‘O DE PLANTA PARA ORO Y PLATA A PARTR DE MINERALES CONCENTRADOS

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA INGENIERIA DE PROCESOS E HIDRAULICA LICENCIATURA INGENIERIA QUIMICADISEO DE UNA PLANTA DE RECUPERACION DE PLATA Y

ORO A PARTIR DE MINERALES CONCENTRADOS, UTILIZANDO EL PROCESO DE LIXIVIACION-EXTRACCION POR SOLVENTES

TESIS QUE PRESENTAN BUENDIA CACHU ERIC DAVID 93219808 RODRIGUEZ SALDIVAR NORA 9322 1648 VARGAS RIVERA RAFAEL LEOPOLDO 90326424 PARA LA OBTENCION DEL TITULO INGENIERO QUIMICO

ASE~OR / DRA. GRETCHEN LAPIDUS LAVINE

JULIO 2000

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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

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.

1

-

INDICE

ROYECTO. 1. OBJETIVOS DEL

2. INTRODUCCI~N

8

3. CONCEPTOS

9

3.1 LIXIVIACION.

9

3.2

CIANURACION.

10

3.3 COMPLEJO

10

3.4 COMPLEJACION CON CLORUROS.

11

3.5 PREPARACION DE

LOS SOLIDOSLA LIXIVIACION. PARA

11

ACION3.6 METODOS DE

Y EQUIPO

11

NES

3.7

EL PROCESO.

12

POR

3.8 EXTRACCION

13

CION

3.9

15

3.19 DILUYENTES.

18

a m(---dmr


3.11 EXTRACCION SOLVENTE POR

PRACTICA. EN LA

15

3.12 ELECTRODEPOSITACION O PRECIPITACION.

19

4. ASPECTOS

22

4.1 DESARROLLO METALURGICO. MINERO SECTOR DEL

22

MUNDIAL. MERCADO 4.2 DESEMPEO DEL

22

4.3 MEXICO EN LA

PRODUCCION MUNDIAL. MINERA

24

4.4 EXPORTACIONES DE 24 ORO Y PLATA.

A

4.5 PRODUCCION

25

DE

4.5.1 VALOR

VOLUMEN PRODUCCION 4.5.2 PRECIOSOS DE DE METALES

26

4.6 ESTRUCTURADE LA PRODUCCI~N

26

4.7 PRODUCCION ESTATAL

DE ORO Y PLATA.

27

4.8 USOS PLATA. Y LA 29 DEL ORO

5 PROCESO DE OBTENCI~N DEL ORO Y LA PLATA

30

Ar - ~ d e m n

UNIVERSIDAD AUTONOMAMETROPOLITANA

5.1 PROCESO DE CIANURACI~N.

30

MPLEJACION ON 5.2

32

S.PROCEDIMIENTO

EXPERIMENTAL. 34

6.1

34

4.2 DIGESTION.

34

6.3 R E A C C I ~ N LIXIVIACI~N). (

35

6.4 EXTRACCION (EXTRACCI~N DESPOJO). Y

37

6.5 CONDICIONES EN LAQUE SE REALIZO LA EXTRACCIN POR TIPO DE SOLVENTE Y SOLUCION UTILIZADA. 39

6.5.1 EXTRACCI~N

39

6.5.2

DESPOJO.

40

6. RESULTADOS PARTE EN EXPERIMENTAL. OBTENIDOS LA

41

PLANTA. 7. UBICACION DE LA

51

7.1 GUANAJUATO.

51

Achiarrlb4n


L

8. DESCRXPCION

PROCESO

54

8.1 PROCESO

54

8.2 LAYOUT

57

8.3 ESPECIFICACIONES DE EQUIPO DE PROCESO

58

9. POTENCIAL

62

9.1

52

9.2 COSTOS DE MATERIAS PRIMAS.

54

9.3 POTENCIAL

64

9.3.1ANALISIS ECONOMICO

56

10. IMPACTO AMBIENTAL.

75

19.1 MANEJO DE LOS GENERADOS DESECHOS

EN EL PROCESO.

75

12. PROPIEDADES FISICAS

Y OUIMICAS DE SUSTANCIAS LAS UTILIZADAS.

76

12.1 ORO

76

A.

12.2 SULFUR0 DE

77

m


12.3 TIOUREA.

77

12.4 TIOSULFATO DE SODIO

79

12.5 SULFATO FERRIC0

81

12.6

82

12.7

DECANOL

82

12.8

13. APENDICE.

85

13.1 PROCESO DE REACCIN.

85

13.2 ABSORCI~N AT~MICA.

88

13.4BOMBA DE CALCULO

90 TUBERIAS. Y

13.5 ELECTRODEPOSITACION

91

13.6 CALCULO DE LA POTENCIA ELECTRICAPARA EL AGITADOR MECANICO, PARAEL TAMAO DE DISCO Y ASPAS PARA EL AGITADOR. 92

13.7 OBTENCION DE LAS GRAFICAS UTILIZANDOEL MODELO DE NUCLEO DECRECIENTE A COMO S TAMBIEN EL ARREGLO DE REACTORES DE PROCESO. 96

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13.8 CALCULO DEL TRANSFERENCIA DE AREA

DE MASA

98

SEO 13.9

DE COLUMNAS DE EXTRACCI~N.

100

14.

BIBLIOGRAFIA.

109

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1. OBJETIVOS DEL PROYECTO.

Disear una planta para la obtencin de oro y plata a partir de un concentradomineral,utilizandoetapasde lixiviacin contiourea y extraccin por solventes. Seleccionar y probar un agente extractante el cual reaccione de forma selectiva, principalmente con los metalesoro y plata. Evaluar la factibilidad y economa del proyecto.

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2. INTRODUCCI~NActualmente la recuperacin de oro y plata se lleva a cabo mediante dosetapasbsicas,la lixiviacin concianuro y la cementacin de metales con zinc. Este proceso cuenta con una cintica desfavorable y, es sobre todo, txico, por lo que se ha estado estudiando otros tipos de agentes que tengan la misma funcin que la del cianuro. De todas las sustancias que se probaron encontr que la tiourea es s la ms favorable para este tipo de proceso. Esta sustancia funciona en medio cido, el cual permite usar mayores concentraciones de oxidante, elevando con ello la velocidad de lixiviacin.El problema principal del uso de la tiourea se origina, en su oxidacin reversible e irreversible, ocasionando esta ltima la degradacin de la tiourea. Sin embargo, esta reversibilidad afecta la esencia del proceso. Para lixiviar los metales es necesario hacer oxidante solucin la a dimerizando la tiourea. Esta etapa ayuda enormemente la disolucin, porque el dmero funciona como un oxidante auxiliar. Sin embargo, en el proceso de cementacin, se tienen que utilizar zinc o aluminio como agentesreductores, tanto parareducirlatiourea como para precipitarlosmetales. Al momento dela recirculacin setieneque volver a oxidar todalasolucin, lacualhaceque el proceso sea incosteable. Una forma de evitar problema este es reemplazar la etapa de cementacin por otra que no requiera la reduccin. La extraccin por solventes es una tcnica probada en la industria minera para purificar y extraer los iones metlicos.

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3. CONCEPTOS 3.1 LIXIVIACION.

Es un proceso de separacin mediante una disolucinoxidante en medio acuosa en donde extrae se un ion metlico (reaccin de oxidacin). En la misma, existen sustancias qumicas llamadas complejantes cuya funcin es mantener a los iones metlicos solubles en la solucin acuosa. Dado esto, el xito del proceso de lixiviacin estar dado en su mayor parte por la capacidad oxidante y complejante de sustancias las qumicas presentes en la disolucin. Otros aspectos importantes que se consideran son: Tamao de partcula de mineral. Es importante debido a que la interaccin slido-fluido se ve favorecida cuando se tiene una mayor rea de contacto. Para esto, el tamao de la partcula debe ser pequea para maximizar la velocidad de lixiviacin. Tiempo de reaccin. La cintica de disolucin es especfico para cada proceso, por lo tanto es necesariodeterminarlasimulandola velocidad de extraccin, se modela el sistema con las ecuaciones de control mixto transferencia de masa-difusin-reaccin de transferencia carga de entre el agente oxidante y la especie reducida (en estecaso las especies minerales son Ag2S y Au). Temperatura Esta variable es importante en el proceso porque influye fuertemente sobre las velocidades de reaccin (de lixiviacion y destruccin de la tiourea). Por lo tanto, es necesario controlarla. El oro y la plata presentan propiedades qumicas muy similares por lo que los baos de lixiviantes son aplicablesa ambas especies. En el proceso de lixiviacin se tienen diferentes sistemas de acuerdo al tipo de oxidanteycomplejante que se utilice. De acuerdo a estos, y existen procesos los de cianuracin, complejacin con tiourea complejacin con cloruros entre los ms eficientes.

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3.2 CIANURACION.

Es un proceso que cuenta con ms decien aos y e s el ms utilizado enlaindustria por s u eficiencia para solubilizar laplata y el oro, debido a la gran estabilidad de loscomplejos de cianuro. En el proceso se emplea oxgeno como agenteoxidante y cianurode sodio como agente complejante. embargo Sin estesistema tiene lassiguientes desventajas: Se operar debe el proceso a pH110, debido al alto grado de contaminacin se que producira por el desprendimiento cido -de cianhdrico (HCN). Al trabajar a p H ~ 1 0 , velocidad de reaccin disminuye, debido a la que no se puede ocupar un oxidante muy fuerte. Este mtodo no puede se ocupar minerales en refractarios o arcillosos o materiales con carbnvegetal. Tiene poca eficiencia para tratar minerales con altos contenidos de descompone al grupo ligante CN-. xidos y carbonatos, ya que este se Poca selectividad debido a que extrae otros metales de menor valor como el mercurio, cobre, hierroy zinc.

3.3 COMPLEJO CON TIOUREA.

La tiourea es un agenteligante selectivo del oro y laplata.Este proceso reduce los productos contaminantes debido a que la tiourea es un compuesto orgnico totalmentedegradable,y se puede utilizar agentes oxidantes ms fuertes debidoa que se trabajaa pH cidos. Sin embargo la principal desventaja radicala en degradacin irreversible (altoconsumodemateriaprima).Tambin, debido a las limitaciones de solubilidad de metales los preciosos, es necesario emplear una cantidad elevada de solucin. La tasa de degradacin se puede disminuir, no rebasando el nivel del cido del medio ms all de un pH= 1 o bien agregando S02.

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3.4 COMPLEJACION CON CLORUROS.

Este es un proceso no contaminante que ofrece una gran versatilidad para su aplicacin con todo tipo de materiales que contengan oro y plata. El agente oxidante a utilizar es hipoclorito de sodio y el complejante es el ion cloruro. El agente oxidante se puede regenerar. La principal desventaja es los que volmenes de solucin y reactivos que se manejan son muy altos debido a que la complejacin est sujeta a una gran cantidad de iones cloruro en la misma, y a un lmite muy bajo de solubilidad del metal, especialmente de la plata.

3.5 PREPARACION DE LOS SOLIDOS PARA LA LIXIVIACION.

El mtodo de preparacin depende de la distribucin de los minerales en el slido original, de la naturaleza del slido y del tamao de la partcula. Si la materia soluble est rodeada de una matriz de materia insoluble, el disolvente sedebedifundirhacia el interior depara ponerse en contacto y disolver el materialsoluble, y despusdifundirsehacia fuera. Se utiliza la trituracin y molienda previa de los minerales para aumentar la velocidad de lixiviacin, deesta forma las porciones solubles quedan accesibles al disolvente.

3.6 METODOS DE OPERACION Y EQUIPO

L a s operaciones de lixiviacin se realizan principalmente por lotes o semilotes, tambin se llevan a cabo en condiciones continuas. En cada categora se encuentran diversos equipos que son del tipo de etapas o de contacto continuo. Las tcnicas bsicas son: la aspersin o goteo del lquido sobre el slido y la completainmersindel slido en el liquido. El equipo utilizado se escoge segn la forma de fisica de los slidos y de las dificultades, para tratarlo, as como s u manejo y costo. El mineral utilizado es un slido que se encuentra finamente dividido, que se puede suspender en solucin de lixiviacin poragitacin; El

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tanque Pachuca es de uno los ms utilizados por la industria metalrgica. Esto se pueden construir de madera, metal o concreto y pueden cubrirse con un material inerte, segn las caractersticas de la solucin de lixiviacin. La agitacin se lleva a cabo pasando un flujo de a aire a travs de la suspensin: las burbujas de aire ascienden travs del un tubo centraly causan elflujo ascendente delquido y slido.

3.7 REACCIONES EN EL PROCESO.

Elobjetivo de la lixiviacin es obtener los iones de Au (I) y Ag (I) en solucin con un agente ligante (tiourea) utilizando u n agente oxidante (sulfato frrico). Las ventajas del uso de tiourea para proceso de extraccin de Ag y Au el son:el bajo impactoambiental, un fcil manejodel reactivo y una rpida cintica para ladisolucin deloro y la plata (6). Las reaccionesde complejacin de oro y platacontioureasonlas . . siguientes:

Las reacciones de oxidacin tiourea son:

de oro por in frrico enpresenciade Au(1) + Fe(I1)(6)

AuO(s) + Fe(II1)

+ " +

La reaccin de la plata metlica es similar a la del oro. Sin embargo se encuentra en forma de sulfuros (argentita) el cuando plata la oxidante acta sobre el sulfuro:

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Ag2S(s) + 2Fe(III)

f"-----------,

2Ag(I)+ 2Fe(II) + So

(7)

Despusderealizarsela lixiviacin sepuede utilizar el mtodo de extraccin por solventes para purificar y concentrar los iones metlicos.

3 . 8 EXTRACCION POR SOLVENTES.

El proceso de extraccin por solventes (o extraccin lquido-lquido) es una tcnica de separacin, la cual involucra transferencia de masa entre fases dos inmiscibles. El metal es transferido de una fase acuosa a una orgnica o viceversa. Este tipo detcnicaseaplica a ampliamente en procesos metalrgicos de cobre, debidosu bajo costo y reducido impacto ambiental. Bsicamente, el proceso de extraccin por solventesse usapara purificar y concentrar metales. Solo se requiere que el metal especfico a una sea transferido selectivamente desde una fase acuosa orgnica. Puede definirse por la ecuacin:

donde: la fase orgnica se denota por ( - 1, el extractante esta denotado por E, y el ion metlico se denota por M. La ecuacin (8) representa la siguiente situacin: el ion metlico M, que se encuentra inicialmente enla fase acuosa,se pone en contactocon una fase orgnica que contiene alextractante E. La transferencia de M ocurre a travs de la interfase, produciendo una nueva especie ME, la cual es soluble nicamente en la fase orgnica. Este fenmeno se conoce como extraccin, y el objetivo es separar el M, deotrosmetales o componentesqueestn metal,enestecaso presentes en el sistema acuoso. En procesos metalrgicos, se requiere un segundo proceso con el fin de transferir el metal de la fase organica

a m

t ~ r h r l m m


a una nueva fase acuosa. Esto, que se llama el proceso de despojo, es lo contrario del proceso de extraccin, requiere que el equilibrio en la y ecuacin (8)se desplace a la izquierda(1). Como se puede observar, la separacin y recuperacin de un metal puede,almenosen teora,logrndose a travsdedosoperaciones bsicas de transferencia de masa que involucran dos fases lquidas. Por razones econmicas estas deben tener una solubilidad mutua mnima.Cuando una fase acuosa que contiene metales se mezcla con una fase orgnica, constituido por u n extractante selectivo, el metal se distribuir entre las dos fases. Esta distribucines, en el caso de iones metales, de acuerdo cons u naturaleza qumica y la afinidad. El proceso bsico de extraccin depende esencialmente de un cambio de posicin del equilibrio qumico del sistema de dos fases.(1) Las reacciones qumicas ocurren entreespecies las metlicas presentes en la fase acuosa con uno o ms componentes de la fase orgnica,llamado solvente. Cuandoexiste un ion metlico en una solucin acuosa como ion hidratado, la tendencia a transferirse a la fase orgnicaes muy pequea. Para lograr la transferencia requerida se debe modificar de alguna manera al ion. Para convertir el ion metlico a una especie extractable es necesario neutralizar s u carga y reemplazar una parte o toda s u agua de hidratacin por alguna otra molcula o ion. Para lograr esto se puede: Forma una especie neutra (complejando el metal inico con un ion de carga opuesta) y al mismo tiempo remplazando una parte o toda el agua del metal. Obtener complejos que provienen de la formacin de especies neutras con un extractante. Reemplaza el agua de hidratacin del metal ion con molculas del solvente. El proceso completo convierte un ion metlico hidrofilico en una especie hidrofbica. de metales es de fundamental En los sistemas de extraccin importancialanaturalezadelasespeciesmetlicas.Se clasifica los sistemas de extraccin de la siguiente manera: Aquellos relacionados con formacin de compuestos. Aquellos relacionados con la asociacin de iones.0

A

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Los relacionados con la solvatacin del metal ion. Algunos extractantes pueden pertenecer a ms una de dependiendo en gran medida de las condiciones del proceso.

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3.9 CLASIFICACION DE EXTRACTANTES.

En general, los requisitosde los extractantes que seutilizan en metalurgia, principalmente en elproceso de extraccin por solventes son los siguientes: l. - Relativamente econmicos. 2. - Tienen una baja solubilidad en la fase acuosa. 3. - Estabilidad grande en largos periodos de tiempo. 4. - No tiendan a formar emulsiones. 5. = Buenas caractersticas de coalescencia. 6. - No ser flarnables, ni voltiles ni txicos; 7. - Producir una rpida cintica de extraccin. 8. - Altamente solubles en diluyentesdisponibles. 9. - Que se despojen en un alto grado del metal cargado. Esencialmente hay tres clasificaciones para los extractantes: cidos, bsicos neutros. y Los extractantescidos y bsicos tambin son conocidos como catinicos y aninicos, respectivamente. Extractantes cidos. Los extractantes cidos son empleados ms extensamente debido a su bajo costo y s u insolubilidad en agua. Se incluyen en este grupo los alquilofosfricos, sulfnicos, cidos monocarboxlicos alifticos, y derivados del naftaleno. Me2+ + Me 2EXT+0 2

+ 2H+

(9)

Acidos alquilofosforicos.

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El cido di-(2-etilhexil)fosfrico(D2EHPA) quiz el extractante ms es ha utilizado, particularmente usos soluciones para en cidas. Se observado que elefecto delosanionesenlaextraccindemetales usando D2EPHA aumenta en el orden de e C104-g NO3-.=C1- < COS= SOLI=. Algo semejante ocurre para los cidoscarboxlicos. El orden de extractibilidad de iones metlicos por extractantes cidos hidrlisis de generalmente se asemeja al orden de las constantes de iones metlicos. Los metales se extraen mejor a un pH justo por abajo del cual se hidrolizan. El orden de extractibilidad de algunos metales divalentes de solucin 1 N HC1 usando 50% de volumen de D2EHBA es Zn>Ga>Pb>MnzCu>Cd>Ni>MgrBa, Co. Sr, Acidos carboxilicos.

Extractantes bsicos.Los extractantes bsicos ms utilizados son las aminas (intercambio de anin). El procesodeextraccin por solvente puededesarrollarse utilizando cualquiera tipo de amina, primaria (-NH2);secundaria (-NH);terciaria ( N) o cuaternaria. En general, la extraccin de especies metlicas aninicas complejas desde un medio clorado con aminas presenta siguiente el orden: cuaternaria> terciaria> secundaria>primaria, el cual es similar al sistema sulfatado.

Extractante neutro. Los extractantes neutros pueden ser ejemplificados por el tri-nbutilfosfato (TPB) o por el oxido trioctilfosfina (TOPO), este ultimo tiene gran poder de extraccin. Extractantes de compuestos organofosforados.

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Dentro los de extractantes encuentran se los compuestos organofosforados, teniendo uso analtico importante desde 1940. Estos compuestos contienen un grupo fosforil (P=O)en su estructura que le confiere ciertas caractersticas sugerido por Pearson. Posteriormente en los 60s se comienzan a hacer estudios referentes con la sustitucin de tomos de azufre en la estructura del compuesto organofosforado. Esta substitucin del oxigeno por un azufre le confiere propiedades diferentes a las moleculas del extractante. Los atmos donadores de bases comunes tienen un incrementoenla electronegatividad en el siguienteorden: S

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