Carbon Activado

Análisis del Equilibrio y Cinética de la etapa de Adsorción

Expositor: Ing. Eleazar Cueva C.

Proceso de AdsorciónProceso de Adsorción

Adsorción del Carbón.Adsorción del Carbón. Equilibrio en la adsorción del C*.Equilibrio en la adsorción del C*. Cinética en la adsorción del C*Cinética en la adsorción del C* Equilibrio y Cinética en las plantas de CIC Equilibrio y Cinética en las plantas de CIC

Carbón – Para la adsorción de OroCarbón – Para la adsorción de Oro Carbón activado comercialCarbón activado comercial

Propiedades Físicas:Propiedades Físicas:

38 - 42Factor de huecos en el lecho relleno, %

0.20 – 0.25Calor especifico, kcal/kg/°C

2 – 4Contenido de ceniza, %

2.0 – 2.2Densidad real, g/cm3

0.80 – 0.85Densidad de partícula, g/cm3

>10 / <10.000Diámetro equivalente de poros Å

0.45 – 0.48Densidad aparente en lecho, g/cm3

0.70 – 0.80Volumen de poros en las partículas, cm3/g

1.18 – 2.36Tamaño de partículas, g/cm3

1.150 – 1.250Área especifica total, m2/g

Resumen de los parámetros de Resumen de los parámetros de operación en una planta CICoperación en una planta CIC

Unid

Flujo promedio SRL por Circuito Nominal m3/h

Ley Oro SRL mg Au/L

Dirección del Flujo SRL

Flujo Estimado Volumétrico BV/h

Velocidad Especifica m3/m2h

Número de Columnas por Circuito No.

Numéro de Circuitos No.

Carga de oro en el Carbón gr Au/ton

Tipo de Desorción

Tamaño de Carga de Desorción ton.secas

Frecuencia de Desorción días

Dirección del Flujo de Desorción

Tiempo del Ciclo de la Desorción hr

No. de celdas de Electrodeposición No.

Configuración de Celdas

Tamaños de Celdas mm

Número de Cátodos

2

4000

18

2

16

Columna

800 x 850

Paralelo

atmosferica

5

Flujo ascendente

Flujo ascendente

Carbón en Parámetros

175

0,65

50

60

2,0

1

Isotermas de Freundlich en la Isotermas de Freundlich en la Carga del CarbónCarga del Carbón

La I. F, es usada para cuantificar la relación entre la La I. F, es usada para cuantificar la relación entre la cantidad de oro adsorbido por el carbón y la cantidad de oro adsorbido por el carbón y la concentración de oro removido en la solución. concentración de oro removido en la solución.

La ecuación de Freundlich es matemáticamente La ecuación de Freundlich es matemáticamente expresado:expresado:

Donde:Donde: CeCe = Carbón cargado en el equilibrio.= Carbón cargado en el equilibrio. SeSe = Concentración de la solución en el equilibrio.= Concentración de la solución en el equilibrio. a y ba y b = Constantes de Freundlich.= Constantes de Freundlich.

be SeaC )(

Para determinara gráficamente la Para determinara gráficamente la constante de Freundlich, la ecuación constante de Freundlich, la ecuación puede ser re-escrita como sigue:puede ser re-escrita como sigue:

Donde:Donde:b = Pendiente de la líneab = Pendiente de la líneaa = La intersección con el eje “y”a = La intersección con el eje “y”

Sobre el papel de grafico log–log, las Sobre el papel de grafico log–log, las isotermas de Freundlich fue ploteada, isotermas de Freundlich fue ploteada, basada en la ecuación.basada en la ecuación.

aSbC ee logloglog

APLICACION DE LAS ISOTERMAS

Solución de equilibrio Au (g/t)

Car

ga d

e or

o (g

/t)

a

b

b

Isotermas de Freundlich restringido aplicablemente para

limites definido.

Datos conformados para la isoterma de

Freundlich

Decreciente para soluciones

complejas

Ningun residuo sobrante

Isotermas de Freundlich

•La constante “a” y “b” son indicativos de la carga del carbón y de la concentración de la solución.

•Generalmente “a” y “b” decrece por el complejo de la solución aurocianuro.

•Altos valores de “a” y “b” indican alta adsorción.

•Bajo “a” y alto “b” indican una baja adsorción

•Un bajo valor “b” indicara una alta adsorción en la concentración de la solución aurocianurio.

Isotermas de Equilibrio en la Isotermas de Equilibrio en la Carga del CICCarga del CIC

En las operaciones de las plantas de CIC En las operaciones de las plantas de CIC actualmente, la fluidización del carbón se actualmente, la fluidización del carbón se encargara en cargar el oro en el carbón que encargara en cargar el oro en el carbón que son usualmente lejos del equilibrio potencial son usualmente lejos del equilibrio potencial de carga. de carga.

Por lo tanto el volumen estimado del carbón Por lo tanto el volumen estimado del carbón de una planta es agrupado para alcanzar lo de una planta es agrupado para alcanzar lo altamente posible la carga de oro en el altamente posible la carga de oro en el carbón sin ninguna subida inaceptable en el carbón sin ninguna subida inaceptable en el valor de la solución barren.valor de la solución barren.

Pruebas de Isotermas de Pruebas de Isotermas de Equilibrio en la Carga del CarbónEquilibrio en la Carga del Carbón

Los resultados obtenidos de las pruebas Los resultados obtenidos de las pruebas de equilibrio están presentados en el la de equilibrio están presentados en el la tabla y grafico.tabla y grafico.

Los valores de “a” determinado por el Los valores de “a” determinado por el carbón se presenta en la tablas. carbón se presenta en la tablas.

Un valor alto de “a” indica una solución de Un valor alto de “a” indica una solución de lixiviación relativamente limpia el cual lixiviación relativamente limpia el cual debería resultar la carga de oro alta en el debería resultar la carga de oro alta en el carbón.carbón.

Pruebas de Pruebas de Isotermas de Isotermas de

Equilibrio en C*Equilibrio en C*

CARGA DE ORO EN EL EQUILIBRIO DE CARBON

1000

10000

100000

0,001 0,01 0,1 1 10

Solución de equilibrio Au (g/t)

Carg

a d

e o

ro (

g/t

)

C*- Nuevo C*-RT C*- RT (MIntek)

Prueba Carga No. (Calculado)

pH % NaCN Au Au mg/L g/t

1 10,45 0,0150 0,008 18542 10,45 0,0150 0,015 26433 10,45 0,0150 0,032 36144 10,45 0,0150 0,052 55305 10,45 0,0150 0,072 66736 10,45 0,0150 0,110 79237 10,45 0,0150 0,272 128068 10,45 0,0150 0,435 17460

Ensayo Solución Final

Pruebas de Isotermas de Pruebas de Isotermas de Equilibrio en la Carga del C*Equilibrio en la Carga del C*

Los Valores “a” de Freundlich

Adsorbente Valor “a”

Carbón Nuevo 27454

Carbón Regenerado Planta 24239

Mintek (lavado acido, regenerado) 25291

Capacidad de Carga del Carbón5132 en 0,05 ppm

log(Ce) = 0,5604 log (Se) + 4,4394 7568 en 0,1 ppm

Donde Ce = Au mg/ gr C* en equilibrioSe = ppm de oro remanente en solución(a,b) = Constantes

Carga en el Equilibrio

Isotermas de Equilibrio

y = 27,503x0,5604

R2 = 0,9956

y = 24,097x0,5216

R2 = 0,9831

y = 25,686x0,5598

R2 = 0,9843

0

5

10

15

20

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Concentración de solució, ppm

Carg

a a

dso

rbid

o, g

/t

(miles)

Carbón nuevo Planta - RT Planta- RT Mintek

Prueba C3 Volumen Solución Carga Columnas Solución Promedio NaCN Ley Au Au

N° m3/hora pH % ppm gr Au/tn C*1 75 10,8 0,0075 0,20 1802 75 10,8 0,0075 0,13 1533 75 10,8 0,0075 0,09 1264 75 10,8 0,0075 0,05 1135 75 10,8 0,0075 0,03 97

CARGA DE ORO EN ELCARBON EN EQUILIBRIO

10

100

1000

0,01 0,10 1,00

Solución rica de Au en equilibrio (ppm)

Ca

rga

de

oro

(g

r/to

n C

*)

75 m3/h 50 m3/h 30 m3/h

Isotermas de Equilibrio en la Isotermas de Equilibrio en la Carga del C* en la planta CICCarga del C* en la planta CIC


CAPACIDAD DE CARGA DEL CARBONCarga en Equilibrio

Log(X/M) = 0,3199*log C + 2,4648 90 para 0,025 ppm 140 para 0,10 ppm

Donde:X/M = gr de oro adsorbido por tonelada de carbón en equilibrio.

C = ppm de oro remanente en solución.

1 2 3 4 5 6Sol. Pobre 0,2 0,13 0,09 0,05 0,03 0,02LogC -0,70 -0,89 -1,05 -1,30 -1,52 -1,70Ecuación 2,24 2,18 2,13 2,05 1,98 1,92X/M 174 152 135 112 95 83Oro en Col. 174 304 405 447 475 501

Numero de Columnas - 1800 m3/día

PARA EL CIRCUITO No.3 - 75 m3/horaANALISIS DE CAPACIDAD DE CARGA CON LA ECUACION OBTENIDA

Circuito No.3 (75 m3/hora) 140 90



Carga en el carbón(0,025 ppm Au)

Pruebas en el Proceso /Circuitos(0,100 ppm Au)

Carga en el carbón

Prueba C1 Volumen Solución Carga Columnas Solución Promedio NaCN Ley Au Au

N° m3/hora pH % ppm gr Au/tn C*1 172 10,8 0,0075 0,41 4162 172 10,8 0,0075 0,208 4183 172 10,8 0,0075 0,093 3574 172 10,8 0,0075 0,050 2905 172 10,8 0,0075 0,021 244


CARGA DE ORO EN ELCARBON EN EQUILIBRIO

10

100

1000

0,010 0,100 1,000

Solución rica de Au en equilibrio (ppm)

Carg

a d

e o

ro (

gr/

ton

C*)

CAPACIDAD DE CARGA DEL CARBONCarga en Equilibrio

Log(X/M) = 0,1939*log C + 2,7256 260 para 0,025 ppm 340 para 0,10 ppm

Donde:X/M = gr de oro adsorbido por tonelada de carbón en equilibrio.

C = ppm de oro remanente en solución.

1 2 3 4 5 *Sol. Pobre 0,412 0,208 0,093 0,05 0,021 0,015LogC -0,39 -0,68 -1,03 -1,30 -1,68 -1,82Ecuación 2,65 2,59 2,53 2,47 2,40 2,37X/M 448 392 335 297 251 235

Numero de Columnas - 4117 m3/día

PARA EL CIRCUITO No.1 - 172 m3/horaANALISIS DE CAPACIDAD DE CARGA CON LA ECUACION OBTENIDA




Carga en el carbón(0,025 ppm Au)

Pruebas en el Proceso /Circuitos(0,100 ppm Au)

Carga en el carbón

Calculo de la Constante Cinética Calculo de la Constante Cinética (Ecuación Nicol y Fleming)(Ecuación Nicol y Fleming)

Para evaluar la cinética se utilizó la ecuación Para evaluar la cinética se utilizó la ecuación planteada por Nicol, Fleming y Cromberge que planteada por Nicol, Fleming y Cromberge que expone lo siguiente.expone lo siguiente.

[Au]c[Au]c = Concentración de oro en el carbón mg/l= Concentración de oro en el carbón mg/l[Au]s[Au]s = Concentración de oro en solución mg/l= Concentración de oro en solución mg/ltt = Tiempo (horas)= Tiempo (horas)kk = Constante de velocidad (1/t)= Constante de velocidad (1/t)nn = Factor de equilibrio de carga= Factor de equilibrio de carga

nsc tAukAu ][][

En una prueba típica de cinética la condición es En una prueba típica de cinética la condición es el factor de carga del equilibrio (n) porque se el factor de carga del equilibrio (n) porque se acercara a 1.0, permitiendo a la ecuación de acercara a 1.0, permitiendo a la ecuación de Fleming ser simplificada a un tipo simple de Fleming ser simplificada a un tipo simple de ecuación cambiada a primer orden , siendo re-ecuación cambiada a primer orden , siendo re-escrito.escrito.

Donde: Donde: nn = Pendiente de la línea. = Pendiente de la línea. k = La intersección con el eje “y”.k = La intersección con el eje “y”.

Para determinara gráficamente los parámetros Para determinara gráficamente los parámetros de la ecuación de Fleming “k” y “n”, se debe de de la ecuación de Fleming “k” y “n”, se debe de plotear Ln([Au]c) versus ln(t), basada en la plotear Ln([Au]c) versus ln(t), basada en la ecuación.ecuación.

kAunLntAuLn sc ][][

Pruebas para hallar constante de Pruebas para hallar constante de velocidad en la Carga del C*velocidad en la Carga del C*

Prueba Volumen Tiempo Solución Conc. Ley Oro en Calculo del C*Solución pH NaCN Solución Au Carbón Carga

mls hrs %w/v mg Au/L % mg Au/LAmbientemasa Carbón 1,70 gramos seco

1700 0 10,60 0,015 10,00 0,0 02 10,50 0,014 5,68 43,2 20744 10,60 0,13 3,58 64,2 30826 10,50 0,12 2,30 77,0 36968 10,50 1,06 1,49 85,1 408510 10,40 0,88 0,99 90,1 4325

Ecuación de Fleming - Parametros de los Modelos

y = 0,4623x + 7,3515

R2 = 0,9828

y = 0,6377x + 6,4585

R2 = 0,9981

y = 0,7648x + 5,5374

R2 = 0,9986

y = 0,8941x + 4,4896

R2 = 0,9931

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00

8,50

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

Ln (tiempo)

Ln

([A

u]

C

C*Nuevo C*2do Uso C*3er Uso C*mas 3 usos


Pruebas para hallar constante de velocidad en la Carga del C*

Temperatura Tipo de Solución Carbón

[Au]s k n Carga°C C* (mg/L) Au gr/t

Soluciones de Alta ley Ambiente Carbón 4.01 389 0,46 9414,01Nuevo

Ambiente Carbón 6,63 96 0,64 5772,212do Uso

Ambiente Carbón 8,30 31 0,76 3073,413er Uso

Ambiente Carbón 9,24 10 0,89 1454,34Mas de 3 Usos

Resumen del limite del ratio

Lixiviación (SRL)Solución Rica de Parametros del Modelo de Fleming

CURVAS DE VELOCIDAD DE ADSORCION

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 2 4 6 8 10

Tiempo (hr)

Au

en

Ca

rbó

n (

%)

CARBON NUEVO GRC-20

90,57%

CARBON DE 2DO USO

58,55%

CARBON DE 3ER USO

34,72%

CARBON DE MAS 3ER USO

18,05%

Calculo de Velocidad de Calculo de Velocidad de Adsorción para la Carga del C*Adsorción para la Carga del C*



6500 0 10,50 0,015 0,45 0,0 00,5 10,45 0,014 0,38 15,6 341 10,60 0,013 0,34 24,4 532 10,50 0,012 0,25 44,4 966 10,50 0,011 0,18 60,0 13015 10,40 0,009 0,08 82,2 17824 10,40 0,008 0,04 91,1 197


y = 0,4441x + 3,9937

R2 = 0,9508

y = 0,5389x + 3,5077

R2 = 0,9657

y = 0,6868x + 3,1113

R2 = 0,9319

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

-1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

Ln (tiempo)

Ln

([A

u]

C

C*Reac Term C*Reac Quim C*Sin Reac



Pruebas para hallar constante de velocidad en la Carga del C*



Soluciones de baja ley Ambiente Reactivado 0,25 221 0,44 463,61Termicamente

Ambiente Reactivado 0,3 112 0,54 385,42Termicamente

Ambiente Sin Reactivar 0,31 73 0,69 414,87Desorcionado

Lixiviación (SRL)

Resumen de limite del ratio

Solución Rica de Parametros del Modelo de Fleming

CURVA DE VELOCIDAD DE ADSORCION

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 5 10 15 20 25

Tiempo (hr)

Au

en

Ca

rb

ón

(%

)

CARBON REAC. TERM

91,10%

CARBON REAC. QUIMICO

73,30%

CARBON DESORCIONADO

71,10%

Calculo de Velocidad de Adsorción para la Carga del C*



1300 0 10,50 0,015 0,594 0,00 00,25 10,50 0,014 0,314 47,14 1340,5 10,40 0,013 0,290 51,18 1461 10,50 0,012 0,259 56,40 1612 10,50 0,011 0,193 67,51 1924 10,40 0,009 0,120 79,80 2288 10,40 0,008 0,052 91,25 26012 10,40 0,007 0,007 98,82 282



y = 0,2006x + 5,134

R2 = 0,9888

y = 0,5339x + 3,9635

R2 = 0,9968

y = 0,4344x + 4,4795

R2 = 0,9917y = 0,4955x + 4,545

R2 = 0,9647

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

-2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00

Ln (tiempo)

Ln

([A

u]

C

C*Nuevo C*-SR C*-RQ C*-RT



Soluciones de Baja Ley Ambiente Carbón 0,23 742 0,20 581,98Nuevo

Ambiente Carbón 0,42 125 0,53 413,29Sin Reactivar

Ambiente Carbón 0,35 256 0,43 540,73React. Químico

Ambiente Carbón React. 0,31 307 0,50 671,99Quim+Term.

Lixiviación (SRL)

Resumen del limite del ratio

Solución Rica de Parametros del Modelo de Fleming


CURVAS DE VELOCIDAD DE ADSORCION

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 2 4 6 8 10 12

Tiempo (hr)

Au

en

Ca

rbó

n (

%)

CARBON NUEVO

98,82%

CARBON DESORVIDO

67,34%

CARBON QUÍMICO

85,35%

CARBON TÉRMICA

95,45%



y = 0,4779x + 4,8088

R2 = 0,982

y = 0,6796x + 3,3798

R2 = 0,9973y = 0,5408x + 4,5007

R2 = 0,9441

y = 0,6505x + 3,932

R2 = 0,9743

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00

Ln (tiempo)

Ln

([A

u]

C

C*NUEVO C*SRT-D C*RT-MA C*RT-H




1000 0 10,60 0,015 9,80 0,0 020 10,50 0,014 5,68 42,0 49440 10,60 0,13 3,58 63,5 74660 10,50 0,12 2,30 76,5 90080 10,50 1,06 1,49 84,8 997

100 10,40 0,88 0,99 89,9 1057




Soluciones de Alta ley Ambiente Carbón 3,97 31 0,48 2306,72Nuevo

Ambiente Carbón 6,60 4 0,68 1398,90SRT

Ambiente Carbón 4,87 10 0,65 2125,22RT- MA

Ambiente Carbón 4,26 21 0,54 2264,58RT-H

Parametros del Modelo de FlemingLixiviación (SRL)Solución Rica de

Resumen de los limites del ratio

COMPARACION DE VELOCIDAD DE ADSORCIONREACTIVACION TERMICA (V=375, A=60)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100

Tiempo (hr)

Au

en

Ca

rbó

n (

%)

GRC-20 (100%)

SRT-D (60%)

RT-MA (90%)

RT-H (96%)


Las ecuaciones de capacidad de carga obtenidas Las ecuaciones de capacidad de carga obtenidas (isotermas de Freundlich), nos permiten calcular la (isotermas de Freundlich), nos permiten calcular la cantidad de carbón que se debe utilizar para cantidad de carbón que se debe utilizar para obtener una determinada recuperación; es decir, obtener una determinada recuperación; es decir, que para una determinada concentración de oro en que para una determinada concentración de oro en equilibrio, habrá una capacidad de carga que equilibrio, habrá una capacidad de carga que corresponda a una cantidad de carbón.corresponda a una cantidad de carbón.

La ecuación de IF es de gran importancia para hacer La ecuación de IF es de gran importancia para hacer evaluaciones económicas sobre la cantidad de evaluaciones económicas sobre la cantidad de carbón a utilizarse y las condiciones de la solución carbón a utilizarse y las condiciones de la solución que pudiesen minimizar el inventario del carbón.que pudiesen minimizar el inventario del carbón.

El volumen estimado del carbón de una planta de El volumen estimado del carbón de una planta de CIC es agrupado para alcanzar altamente posible la CIC es agrupado para alcanzar altamente posible la carga de oro en el carbón, sin ninguna subida carga de oro en el carbón, sin ninguna subida inaceptable en el valor de la solución barren.inaceptable en el valor de la solución barren.

Conclusiones

Carbon Activado

Travel

Transcript of Carbon Activado