Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de SucreVicerrectorado BarquisimetoDepartamento de Ingeniera MetalrgicaMetalurgia Extractiva II

Barquisimeto, 1 de Julio de 2015.Introduccin Por hidrometalurgia se entiende los procesos de disolucin selectiva de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperacin de la solucin por diferentes mtodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolucin. Hay tres principales etapas de los procesos hidrometalrgicos: Primero la disolucin del componente deseado presente en la fase slida, luego la Concentracin y/o purificacin de la solucin obtenida. Y por ltimo la precipitacin del metal deseado o sus compuestos.La hidrometalurgia comprende todos los procesos que involucren la va hmeda para la extraccin del metal de una mena, entre ellos estn: la lixiviacin, la filtracin, agitacin, precipitacin y amalgamacin. Ms adelante se hablara un poco mas de algunos de estos procesos.

FiltracinSe define como la separacin de partculas insolubles o solidas suspendidas de una mezcla de fluidos a travs de una membrana que retiene al solido, da como resultado la formacin de una capa de partculas solidas sobre la superficie del cuerpo filtrante, una vez formada esta capa, su superficie acta como medio filtrante, depositndose los slidos que van aumentando el espesor de la capa, mientras el fluido (ya sea liquido o gas) pasa a travs de ella quedando limpio de slidos. La capa est formada por una serie de partculas de forma irregular, entre las que hay conductos capilares (que definen la porosidad de la capa). La circulacin del fluido por estos capilares es de tipo laminar.La porosidad es un nmero sin dimensiones que depende mucho del modo que la capa se ha obtenido y de la forma de las partculas pero para partculas geomtricamente semejantes y semejantemente dispuestas, es constante aunque sus dimensiones sean diferentes. Se denomina Superficie Especifica de una partcula, la relacin entre la Superficie A de esta partcula y su volumen V, y es un numero que tiene por dimensin la inversa de una longitud.

El problema que se plantea en la filtracin es: conocido el gasto y la composicin de la suspensin a filtras, determinar el filtro a utilizar y el tiempo necesario para la filtracin, para ello es necesario establecer la velocidad de filtracin que permite utilizar las medidas efectuadas en el laboratorio para resolver este problema. El paso del fluido a travs del depsito formado por las capas del solido filtrado, siempre se realiza en rgimen laminar. Tipos de FiltrosSe clasifican segn el tipo de flujo filtrante en: Filtros de Gravedad: Son filtros con medio filtrante intermitentes y para la obtencin de filtrado interesante. Filtros de Presin: Son filtros con medio filtrante, intermitentes y en ellos puede aprovecharse la torta y el filtrado, trabajan a sobrepresin o mayor presin del lado de entrada respecto al de salida.

Filtros de Vacio: Son filtros con medio filtrante, continuos y en ellos puede aprovecharse la torta y el filtrado. Trabajan a depresin continua para la eliminacin del liquido y a presin en un corto intervalo para el desprendimiento de la torta.

Filtros Centrfugos: Se utilizan principalmente para separacin de dos o mas lquidos (emulsiones) o para disoluciones que contengan pocos slidos. Utiliza fuerza centrifuga como medio de separacin.Los filtros tambin pueden clasificarse por: 1. Segn el Mecanismo de filtracin: Encontramos los filtros sin medio filtrante y con medio filtrante.2. Segn su funcin: existen filtros para la obtencin de tortas que sean productos de valor, para la obtencin de filtrado clasificado como interesante y que la torta y el filtrado sean productos utilizables.3. Segn el tiempo de trabajo: Encontramos los filtros de trabajo intermitente o continuo.

Agitacin1. Extraccin con agitacin, discontinua en una etapa y concurrente.

Por ser de una sola etapa consta de un lixiviador y un espesador o sedimentador como se muestra en la figura anterior. La mena y el disolvente se aaden en el lixiviador, en el que se verifica la reaccin qumica que origina la disolucin de los slidos solubles y los slidos insolubles se mantienen en suspensin en el liquido debido a la agitacin con lo cual se obtiene una pulpa que se enva al espesador. En este se consigue una disolucin concentrada en el metal que nos interesa, clarificada que rebosa del espesador y los slidos insolubles se posan en el fondo, formando un lodo, residuo o fango espeso que se evacua por medio de una bomba de diafragma.Este fango lleva como liquido la misma disolucin que rebosa, as como una cantidad variable de metal soluble no disuelto por ser englobado por los slidos insolubles al decantar, por tanto este fango puede pasar a filtracin con o sin lavado para reducir el contenido de lquido interesante o a otra extraccin en condiciones mas enrgicas (mas acidas). La disolucin si no est debidamente clarificada puede tambin pasar a filtracin y a continuacin a purificacin y precipitacin del metal interesante.Este procedimiento se utiliza en la metalurgia del zinc, con obtencin de una pulpa neutra o acida. Tambin puede considerarse este sistema como de lavado, por sustitucin del disolvente por agua y la mena por fango.

2. Extraccin con agitacin contina en una etapa y a contracorriente.

Este procedimiento se utiliza mucho ms que el anterior, pero obliga a un mayor control del proceso. Consta de uno o varios lixiviadores en serie y uno o varios espesadores en serie de manera que los slidos a disolver y los insolubles pasan por la serie, disminuyndose la mezcla despus de cada sedimentacin por medio de disolvente menos concentrado, como se muestra en la imagen anterior.La reaccin qumica que tiene lugar en los tres agitadores continuos produce una pulpa, que consiste en una solucin concentrada y una cierta cantidad de slidos insolubles en suspensin debido a la violenta agitacin que existe en los mismo. Como se desea recuperar la solucin con la mayor cantidad de slidos solubles y un residuo con solo los insolubles, la pulpa se enva al primer espesador (A) la disolucin concentrada clarifica y por rebose se recupera mientras que los slidos se posan en el fondo de donde se extraen para bombearlos al siguiente espesador (B) en donde se vuelven a convertir en pulpa con la disolucin que rebosa del espesador siguiente (C) y la pulpa as formada se espesa nuevamente dando una disolucin ms concentrada que el rebose de C pero menos que el rebose de A y que se utiliza en la etapa de agitacin. Los lodos bombeados de B se vuelven en a transformar en pulpa con disolvente puro y la pulpa as formada se sedimenta formando los lodos o residuos que constituyen el producto final y su rebose que contiene pocos slidos solubles, va a enriquecerse en ellos en el espesador B.El rendimiento de un sistema continuo a contracorriente depende de: De la eliminacin de los slidos posados en cada espesador con la cantidad mnima de liquido, esto es, obtener lodos con la mayor densidad final. De que vuelvan a obtenerse una buena pulpa con la mezcla de los lodos y la disolucin en los espesadores, antes de sedimentarlos de nuevo. Debido a que el objetivo perseguido es siempre la recuperacin mxima de la solucin y de los slidos, estando cada uno de estos productos lo menos contaminado posible por el otro.

3. Extraccin discontinua con agitacin en varias etapas y concurrente.

Consiste en utilizar el residuo de cada etapa como alimentacin de la prxima, tratndolo con una cantidad de disolvente nuevo, como que muestra en la figura anterior. A medida que se aumenta el nmero de etapas y la cantidad de disolvente, aumenta el porcentaje de recuperacin, y si se emplea un nmero suficiente de etapas y la cantidad necesaria de disolvente, se puede eliminar el componente a disolver en grado sumo. Para una cantidad dada de disolvente, la cantidad de disolucin obtenida tiene a un limito finito, aun cuando el numero de etapas se haga infinito. Los resultados que se obtienen por este procedimiento varan segn las proporciones en que se divide el disolvente total entre las diversas etapas, pero los mejores resultados son para cantidades iguales de disolventes en cada etapa. Para obtener un alto grado de extraccin con este mtodo se necesita mucho disolvente. El mtodo puede realizarse intermitentemente con un solo lixiviador y espesador o bien continuamente con una serie de aparatos.

4. Extraccin contina con agitacin en varias etapas y a contracorriente.

El disolvente nuevo y el material de alimentacin se enva a los terminales opuestos de una serie de etapas de extraccin. El Residuo y la disolucin pasan continuamente a contracorriente de una etapa a la otra. El disolvente que entra en la etapa n es la disolucin de la etapa n+1 y el residuo producido en la etapa n es la alimentacin a trata en la etapa n+1 como se muestra en la figura anterior. El numero usual de etapas no pasa de 6. La razn de este procedimiento es que ciertos residuos de las reacciones muestran tales poderes de absorcin que la mezcla de los lodos y las disoluciones para rehacer las pulpas no dan como resultado el desplazamiento de las materias solubles, y es la agitacin de los lixiviadores y espesadores, por ser prolongada, la que puede poner en libertad estos materiales solubles absorbidos por el componente solido, insoluble.

Tambin las ventajas de este mtodo es que las reacciones tienen lugar por etapas, con espesamiento intermedio, efectundose el cambio de disolucin. Con este sistema facilita la rpida separacin de la solucin a precipitar y los slidos incompletamente tratados tienen agitacin adicional en condiciones minuciosamente controladas.

Las ventajas del sistema continuo y a contracorriente pueden ser: Tangibles: menos mano de obra, menos vapor para el calentamiento, mayor rendimiento de extraccin (o lavado), temperatura ms elevada en la disolucin concentrada, que favorece la filtracin, y mayor concentracin de material en ella. Intangibles: menos tanques y menos superficie de ocupacin, el funcionamiento eficiente depende menos de la mano de obra, se puede mecanizar, control de proceso muy sencillo, ya que solo se precisa el anlisis qumico de la disolucin concentrada y del residuo final: reduccin de prdidas por solo existir dos nicos puntos de salida.

PrecipitacinUnprecipitadoes elslidoque se produce en unadisolucinpor efecto decristalizacino de unareaccin qumica. A este proceso se le llama precipitacin. Dicha reaccin puede ocurrir cuando una sustanciainsolublese forma en la disolucin debido a una reaccin qumica o a que la disolucin ha sidosobresaturadapor algn compuesto, esto es, que no acepta mssolutoy que al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado.La disolucin que contiene al metal pasa a precipitacin. La obtencin del metal, la que puede realizarse por la utilizacin de precipitantes por la electrolisis, o por modificacin de las condiciones fsico-qumicas del metal disuelto. Los precipitantes tienen gran afinidad por el radical que acompaa al metal en el disolvente, por lo que precipitan al estado metlico al combinarse con el radical o que reducen los iones del metal disuelto y lo hacen pasar al estado metlico, pasando ellos a disolverse al convertirse en iones, entre ellos hay: Agentes precipitantes metlicos: Al, Zn, Fe, Ni. A esta precipitacin recibe el nombre de cementacin. La cementacin es el trmino utilizado en hidrometalurgia para describir la precipitacin de un metal de la disolucin de sus sales por otro metal que es ms electropositivo. Agentes gaseosos precipitantes: , ,hidrocarburos, CO, . La utilizacin de precipitantes metlicos est condicionada a la acidez si las disoluciones y al flujo. La cantidad de acido libre en una disolucin tiene dos efectos, si la acidez es alta, el consumo de agente precipitante aumente, si la acidez es demasiado baja, el metal a precipitar lo hace muy lentamente, con bajo rendimiento de recuperacin y con peligro de precipitar sales bsicas contenidas en la disolucin e hidratos del agente precipitante.Si el flujo es lento tambin es lenta la precipitacin y la recuperacin es pequea, debido a que la reaccin de cementacin tiene lugar preferentemente en la superficie del agente precipitante en contacto con la disolucin, por lo que la circulacin tiene que ser lo suficientemente rpida para que la disolucin fresca este siempre en contacto con el agente precipitando en un tiempo razonable para evitar la parcial o total neutralizacin de su superficie y el agente precipitante debe tener gran superficie.La precipitacin con agentes precipitantes metlicos se divide en dos fases: Primera Fase: Ocurre durante la polarizacin de los electrodos, que son el metal precipitando y el metal precipitado y que origina la precipitacin del 75% del metal de la disolucin, realizada en un tiempo que es el 25% del utilizado en la precipitacin total. Segunda Fase: Ocurre cuando los electrodos estn polarizados, precipitando el 25% del metal restante en la disolucin en un tiempo que es el 75% del total.Amalgamacin

La amalgamacin era en principio el tratamiento del oro, plata y aleaciones de oro y plata, de superficies limpias con mercurio lquido, para formar una aleacin que por tener propiedades similares a la de este metal se denomina amalgama. El mercurio reviste superficialmente al oro y a la plata cuando forma la aleacin.Las partculas amalgamadas se renen unas con otras para dar una masa mayor, con el resultado de que se absorben en una masa plstica, que es la amalgama. Si la superficie no est limpie o recubierta de grasa o con xidos de hierro, teluros o sulfuros, es preciso eliminarlos bien por raspado, desengrase o ataque con acido para que sea posible la amalgamacin.Normalmente al oro se le aplica la amalgamacin directa y para la plata o aleaciones de oro-plata es preciso la amalgamacin indirecta, que consiste en disolver Ag o Au-Ag y posteriormente precipitarlos para que en este estado de pureza se amalgame, esta es una reaccin de cambio de fase, que se verifica al poner en contacto una amalgama de un cierto metal, con una solucin de otro metal ms noble, producindose un cambio de metal disuelto en el mercurio por una cantidad estequiometria del metal en la fase acuosa, estas reacciones transcurren a gran velocidad concluyendo con el agotamiento de uno de los dos metales.La recuperacin del metal de la amalgama puede realizarse siguiendo dos caminos distintos: Por destilacin de la amalgama, aprovechando el bajo punto de ebullicin y relativamente bajo calor de vaporizacin del mercurio, con lo que se obtiene el metal ms noble y se recupera al mercurio por condensacin: la forma de realizarlo es una volatilizacin sin modificacin qumica. Por electrolisis de nodos solubles, formando nodos con la amalgama del metal ms noble que por electrolisis se produce la disolucin andica del metal noble de la amalgama y su deposicin en el ctodo.La amalgamacin tiene un inconveniente prctico, para su utilizacin actual, que es el alto coste debido a las prdidas de mercurio y el precio de este metal.