Recuperación de ORO en el Recuperación de ORO en el proceso proceso

Columnas de Columnas de Carbón CICCarbón CIC

Expositor: Roger AsunciónExpositor: Roger Asunción

Proceso Carbón en ColumnaProceso Carbón en Columna

Planta de Carbón Planta de Carbón Yanacocha NorteYanacocha Norte

Planta de Carbón Planta de Carbón Pampa LargaPampa Larga

Adsorción y Absorción Adsorción y Absorción

AdsorciónAdsorción:: es un proceso físico o químico por el cual átomos, iones o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material

AbsorciónAbsorción:: es un proceso físico o químico en el cual átomos, moléculas o iones pasan de una primera fase a otra incorporándose al volumen de la segunda fase.

Adsorción con carbón Activo en Adsorción con carbón Activo en procesos Hidrometalurgicosprocesos Hidrometalurgicos

• Los procesos de transferencia de materia entre fase distintas, por ejemplo, entre una disolución de lixiviación y una fase sólida, como ocurre con la adsorción sobre carbón vegetal activado.

• Este proceso, por tanto se aplica a la hidrometalurgia y utilizando el carbón activado como adsorbente.

Adsorción con carbón Activado en Adsorción con carbón Activado en procesos Hidrometalurgicosprocesos Hidrometalurgicos

De forma muy parecida como ocurre en cualquier otro proceso de intercambio de ión, las etapas fundamentales en el proceso de intercambio iónico con carbón son:

1. Carga del adsorbente con los iones metálicos (recuperación de oro de soluciones cianuradas)

El complejo cianurado presente en la solución de lixiviación se adsorbe sobre lugares con capacidad de cambio de ión en la propia masa del carbón según la reacción del tipo:

)()(2)(2)( )()( aqadsaqads OHCNAuCCNAuOHC

2. Su elución con una disolución acuosa adecuada.• Posteriormente, el carbón se trata para recuperar el

oro utilizando una solución fuertemente básica y caliente que desplaza la reacción anterior hacia la izquierda. (stripping).

)(2)()(),(

)()(2 )()( aqadsCTpsiP

aqads CNAuOHCOHCNAuC

Adsorción con carbón Activado en Adsorción con carbón Activado en procesos Hidrometalurgicosprocesos Hidrometalurgicos

• Posee una estructura cristalina reticular similar a la del grafito, es extremadamente poroso, desarrolla extensas áreas superficiales

Carbón ActivadoCarbón Activado

Poros del carbón activado a nivel microscópico

Electron microscope Electron microscope photo of team activated photo of team activated carboncarbon

•Microporos - 2 nm•Mesoporos 2 - 50 nm•Macroporos + 50 nm

MicroporoMicroporo

Carbón ActivadoCarbón ActivadoSuperficie especifica total (m2/g) 1,150 a 1,250 Tamaño de los poros + 90% Microporos Volumen de poros al interior (cm3/g) De 0.7 a 0.8 Densidad aparente (g/cm3) De 0.45 a 0.5 Tama;o promedio mallas 6 m x 16 m Cenizas (%) De 1 a 4

Esquema representativo de la micro estructura del

carbón activado, es similar al grafito, con la diferencia

que presenta mayor cantidad de espacios

vacíos.

La adsorción y sus Mecanismos.La adsorción y sus Mecanismos. • Proceso por el cual las moléculas de la fase

Líquida o gaseosa se adhieren a la superficie del carbón activado, tanto las superficies geométricas externas, superficie interna de los capilares, las grietas y los intersticios. La adherencia es gobernada por una atracción electro-química.

Mecanismo 1:Mecanismo 1: como aurocianuro Au(CN)2-,

mediante fuerzas de Van der Waals. originan dipolos en el ión complejo

Mecanismo 2:Mecanismo 2: ión Au(CN)2- es reducido sobre

C.A. como oro metálico dentro de la estructura del poro.

Existe mucha Existe mucha controversia y controversia y

confusión confusión respecto del respecto del

mecanismo por el mecanismo por el cual el carbón cual el carbón

activado se carga activado se carga con con Au(CN)2-Au(CN)2- . .

Mecanismos de Adsorción:Mecanismos de Adsorción:

• Según la teoría electroquímica, el carbón en contacto con agua reduce el oxigeno a grupos hidroxilo según:

OHOHeOHO 222 2222

• En esta reacción los átomos de carbono pierden electrones y quedan cargados positivamente. Para mantener su neutralidad eléctrica, atraen hidroxilos, adsorbiéndolos. Cuando este carbón tiene contacto con la solución cianurada que contiene los iones metálicos, tiene lugar la reacción:

• En la que los iones hidroxilo se intercambian con dichos iones metálicos

)()(2)(2)( )()( aqadsaqads OHCNAuCCNAuOHC

• Esta teoría viene apoyada por el hecho que la adsorción no ocurre en ausencia de oxigeno y por que se libera agua oxigenada cuando borbotea dicho gas sobre el carbón activado.

• La capacidad de adsorción de oro se ve favorecida con una bajada de pH; es decir los ión hidrógenos neutralizan los hidroxilos de la reacción.

• Desplazándola hacia la derecha e induciendo la formación de nuevos lugares cargados positivamente sobre lo que pueda ocurrir la adsorción.

• Varios investigadores han mostrado que la presencia de cationes de calcio favorece la recuperación de oro y plata sobre el carbón, además estos cationes son coadsorbidos de la misma manera.

OHOHeOHO 222 2222

¿Cuando ¿Cuando vemos vemos

burbujas en burbujas en las columnas las columnas nos ayudan nos ayudan

en la en la adsorción ?adsorción ?

Mecanismo de AdsorciónMecanismo de Adsorción 1 1

Au(CN)2-

Fuerzas de Van der Waals

SU

PE

RF

ICIE

DE

L C

AR

BO

N A

CT

IVA

DO

1. El Au(CN)2- adsorbe sobre

intersticios del carbón activado.

2. El Na+ y Ca2+ son solo adsorbidos cuando el Au(CN)2

- esta presente. Así probablemente son adsorbidos en la capa difusa

3. Cuando esta presente el Au(CN)2

- adicional puede ser adsorbido en la capa difusa

4. El cianuro libre compite por los intersticios con el Au(CN)2

-

Ion cianuro de oro

Ion Sodio

Ion Cianuro

Molécula de agua

Mecanismos de Adsorción:Mecanismos de Adsorción:

La adsorción de oro y plata sobre carbón activado La adsorción de oro y plata sobre carbón activado responde a la isoterma de Freundlich.responde a la isoterma de Freundlich.

Donde:

m=masa del complejo cianurado (mol/gr. de carbón).

c=Concentración del complejo cianurado (mol/litro).

K, n son constantes.

La masa del complejo metálico adsorbido depende de la temperatura y decrece cuando aumenta esta.

)( cteTKCm n

Mecanismo de AdsorciónMecanismo de Adsorción22

En resumen los factores que favorecen En resumen los factores que favorecen la adsorción son:la adsorción son:

Carbón con una alta densidad de lugares activos y un tamaño de partícula tan pequeño como sea posible para favorecer la difusión en los poros del carbón.Bajas temperaturas.Bajos pH de la disolución compatibles siempre con la estabilidad de los complejos cianurados.Presencia de iones de calcio.Concentración baja de cianuro libre.

No es adecuado utilizar el carbón activado cuando las soluciones o pulpas contienen:

Altos ratios de plata/oroAltas concentraciones de oroEspecies que interfieren con la adsorción del carbón (típicamente orgánicos)

Fundamentos Termodinámicos de la Fundamentos Termodinámicos de la AdsorciónAdsorción

La capacidad de carga del carbón activado se incrementa con el incremento de cationes en solución en el siguiente orden:

Ca+2 > Mg+2 > H+ > Li+ > Na+ > K+

El complejo aurocianuro de calcio es el que más fuerte se adhiere al carbón y el de potasio es el más débil

La capacidad de carga decrece con el incremento en la concentración de aniones en la solución en el siguiente orden:

CN- > S-2 > SCN- > SO3-2 > OH- > Cl- > NO3

-

Una sal tal como CaCl2 refuerza la carga, mientras que la presencia de la sal KCN inhibe la carga. El CN- compite fuertemente para ubicarse en sitios activos del carbón.

La preferencia de adsorción del carbón es el siguiente:Au(CN)-

2>Hg(CN)2>Ag(CN)-2>Cu(CN)2-

3>Zn(CN)2-4>>Fe(CN)4-

6

Acción del mercurio.Acción del mercurio.• Un complejo neutral como el Hg(CN)2 se adsorbe fuertemente

sobre el carbón activado, tal como lo hacen los complejos aniónicos Au(CN)2- y Ag(CN)2-.

• Sin embargo la presencia del Hg en el carbón activado, causa el envenenamiento de este. Constituyendo un problema grave.

Acción de los iones Cu.Acción de los iones Cu.• La adsorción del cobre desde soluciones cianuradas sobre el

carbón activado se incrementa a medida que el valor del pH y la concentración del cianuro libre son más bajos. Ej. La carga se incrementa como el grado de coordinación y la carga en el complejo aniónico decrece en el siguiente orden:

Cu(CN)2- > Cu(CN)3-2 > Cu(CN)4

-3

• Esto significa que se puede inhibir la adsorción del Cu, incrementando la concentración de cianuro libre en la solución y aumentando el pH.

Reversibilidad del proceso.Reversibilidad del proceso.La adsorción de aurocianuro sobre el carbón activado es un proceso reversible. Esto significa que si se controla la química de la solución, el oro adsorbido sobre el carbón activado, puede nuevamente ser desorbido.

Función de la temperatura.Función de la temperatura.La capacidad de carga en oro del carbón activado decrece con el incremento de la temperatura.

Desorción del carbón.Desorción del carbón.Para quitarle al carbón el oro, no es necesario que un anión sea un agente acomplejante para el oro. Ej. Carbón que ha sido completamente cargado con oro desde soluciones cianuradas puede ser stripeado con hidróxido de sodio caliente y aparece en la solución como ión aurocianuro.

Puesta en contacto de la solución cianurada Puesta en contacto de la solución cianurada y carbón activado.y carbón activado.

Hay tres formas de realizar la operación desde el punto de vista de la puesta en contacto.

1.Carbón en columnas (CIC).2.Carbón en pulpa (CIP).3.Carbón en lixiviación (CIL).

Carbón en columnas (CIC).Carbón en columnas (CIC).El circuito consta de tanques cilíndricos (columnas) en cascada, Los gránulos de carbón de carbón se sitúan retenidos al fondo de los tanques y la solución proveniente de la etapa de lixiviación se introduce por el fondo del primer tanque de adsorción.

Atraviesa el lecho de carbón a la velocidad adecuada, fluidiza y atraviesa los demás tanques con la misma secuencia de trabajo.

Plantas de Adsorción en columnas de Carbón en Plantas de Adsorción en columnas de Carbón en Minera YanacochaMinera Yanacocha

La Quinua

Yanacocha Norte

Pampa Larga

Flujo tratado (m3/hr) 5,420 2,100 2,800

Ley soluciòn rica (g/m3) 0.47 0.50 0.33

Recuperaciòn (%) 95,7 96,2 93,2

Au producido (onz) 1,435 952 849

Datos promedio al día 13 de Marzo de 2009.

Controles Operativos en la Adsorción:Controles Operativos en la Adsorción:

• Control de Flujo.

• Nivel de Columnas.

• Muestreo de Soluciones.

• Actividad del carbón.

• Tiempos de transferencia.

• Control de burbujeo en la solución.

• Dosificación del Antincrustante.

• Estado de mallas en zaranda.

• Control de finos al pad.

• Inspección de equipos.

Proceso de Desorción:Proceso de Desorción:La extracción del oro y plata adsorbidos del carbón activado cargado eses análoga análoga a a la lixiviaciónla lixiviación tanto del oro como la plata a partir de sus minerales.

En el circuito de desorcióndesorción (stripp), las condiciones son mas agresivas, la condiciones son mas agresivas, la concentraciones de las soluciones son mayores y las temperaturas son mas concentraciones de las soluciones son mayores y las temperaturas son mas elevadaselevadas con la finalidad de acelerar el proceso de desorción.

Variables Importantes:Variables Importantes:

1.- Temperatura y presión

2.- Concentración de NaOH, NaCN

3.- Fuerza Iónica

4.-Efecto de pH

6.- Velocidad de flujo del eluyente

7.- Concentración de Oro en el eluyente

Reacción del Proceso en la Desorción:Reacción del Proceso en la Desorción:

)(2)()(),(

)()(2 )()( aqadsCTpsiP

aqads CNAuOHCOHCNAuC

¿De que ¿De que variable variable

depende que depende que exista el exista el

fenomeno de la fenomeno de la adsorción o adsorción o desorción ?desorción ?

Efecto de la temperatura sobre la Efecto de la temperatura sobre la velocidad de desorción - Zadravelocidad de desorción - Zadra

Velocidad de flujo del eluenteVelocidad de flujo del eluente

• Se expresa en unidades de volúmenes del lecho por hora.

• La cinética de elución es independiente del flujo cuando se excede La cinética de elución es independiente del flujo cuando se excede de 1B.V/hde 1B.V/h

• Sin embargo la carga residual si disminuye con el aumento del flujo, después de un tiempo fijo.

• Se recomienda flujos de 2 a 4 B.V/h para producir un carbón con baja carga residual de oro.

• B.V. = “bed volumes” , se refiere al volumen de solución equivalente al total del volumen que ocupa el lecho de carbón

Curvas de Desorción de oro, desde un carbón Curvas de Desorción de oro, desde un carbón activado cargado.activado cargado.

STRIPPING BATCH 4199

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510

Time (minutes)

Go

ld G

rad

e (A

u g

/m3)

Ste

p

0

50

100

150

200

250

300

Pre

ssu

re (

kPa

)

Elu

ate

& O

il T

emp

erat

ure

(ºC

)

Elu

ate

Flo

w (

m3/h

)

Gold Grade Step Pressure Eluate Temperature Oil Temperature Eluate Flow Filter Pressure

7.44 Au g/C kgLoaded Carbon

Eluted Carbon 0.08 Au g/C kg

:

:

Controles Operativos en la Desorción:Controles Operativos en la Desorción:• Preparación de los Reactivos.

• Llenado de Carbón cargado al stripp.

• Control de Flujo, temperatura y presión.

• Control de proceso de desorción (secuencia).

• Eficiencia del proceso.

• Muestreo de soluciones.

• Condiciones de los equipos (intercambiadores de Calor, filtros, calentador de aceite, bombas, válvulas).

Lavado ácidoLavado ácido

Puede realizarse de las siguientes maneras: 

Lavado simple con agua o lavado con vapor. Para eliminar las lamas de los poros antes de la elusión.

Lixiviación con ácido diluido (3%) de HCI a temp. Ambiente o 90 °C, lo que ayuda a eliminar la sílice y el calcio del carbón.

EI carbonato al precipitarse en la superficie del carbón forma una capa delgada como una película que elimina el contacto entre el carbón y la solución con lo cual disminuye drásticamente la capacidad del carbón.

En el lavado ácido del carbón, deberán tomarse las precauciones del caso debido a la formación de ácido cianhídrico (HCN) debido a la presencia de cianuro libre en los poros del carbón.

Reactivación del Carbon ActivadoReactivación del Carbon Activado

Contaminante Reactivacion

CaCO3 Lavado ácido Mg(OH)2 Lavado ácido SiO2 Reactivación en horno Fe(CN)6

3- Lavado ácido en caliente Fe2O3 Lavado ácido en caliente CuCN Lavado ácido y elusion Orgánicos Reactivacion en horno

Controles Operativos en el lavado Acido:Controles Operativos en el lavado Acido:• Nivel del tanque de lavado acido.

• Llenado de Carbón cargado al tanque de lavado.

•Controlar el tiempo de remojo.

•Control de Flujo, y pH.

•Enjuague del carbón con agua blanda.

• Neutralizar el pH del lavado.

Reactivación térmica La reactivación química puede restaurar solo parcialmente la actividad del carbón.

La reactivación térmica puede ser aplicada en procesos completos de trabajo y permite una reactivación altamente eficiente dejando los carbones en condiciones muy parecidas a los carbones nuevos.

La reactivación térmica consiste en someter al carbón activado usado a un calentamiento gradual y en forma indirecta hasta la temperatura de 650 a 700°C con un corto tiempo de retención a esta temperatura .

Design

DrawnReviewed

Approved

By Date

April 02

Yanacocha Norte Carbon PlantProcess Flowsheet

Scale: wo/E

Job N°

Draw N°

02-A-007 A

Process – Carbon PlantCarbon Regeneration

Minera Yanacocha S.R.L.

81

79

78

89

85

REGENERATED CARBONTRANSFER PUMP

(2)

PREDRYER

TRANSFER WATER PUMPS

DIESEL FUEL DAY TANKS

RAW WATER

CARBON FROMSTRIP VESSEL

CARBON FINES TANK

CARBON TO CARBONSIZING SCREEN

88

CARBONQUENCH TANK

(30.1 m3)

79

88

89

81

CARBON REGENERATIONKILN

80

84

86

AIR

Stream #

Stream

79 80 84 86 87 88

SLURRY SLURRY SLURRY SLURRY SLURRY SLURRY

89

FUEL

Temperature, °C

Pressure, Pa

Flow, m3/h

Flow, kg/h

Volume, m3

Mass, mt

Level, %pH

2.5 2.5 2.5

90.0

87

2.5 2.5

REGENERACIÓN TÉRMICA EN CIC YN

Parámetros de influencia• Atmósfera del horno. Esta debe ser

controlada, no debe haber presencia de aire y lograrse una oxidación con vapor (1 kg de vapor/kg carbón)

• Presencia de compuestos inorgánicos. Que son los que normalmente están perjudicando la capacidad de adsorción y su remoción es el objetivo de la regeneración térmica.

• Temperatura Limites de 650 – 900 °C. A temperaturas sobre los 950 °C inclusive con cortos tiempos de residencia, se obtiene carbones con excesivas perdidas de actividad. Por otro lado a temperaturas debajo de los 650 °C el ratio de vapor-gasificación de carbón no viene a ser notorio y seria necesario tiempos de residencia no prácticos para lograr una buena reactivación.

Parámetros de la reactivación Térmica

• Tiempo de residencia en la zona caliente hasta 30 minutos.

• La humedad del carbón promueve la combustión parcial del carbón de acuerdo a las reacciones.

C + H2O = CO + H2

C + 2H2O = CO2 + 2H2

• El carbón regenerado es apagado con agua y en otros casos se recomienda enfriar con aire.

• Se tamiza el carbón para remover los finos utilizando una malla 200.

• Aquí se pierde alrededor del 75 % de las perdidas totales de la planta

Etapas de la reactivación• Secado: Las sustancias adsorbidas volátiles como: alcoholes etc. La

temperatura es de 200° C.

• Vaporización de las sustancias adsorbidas y también la descomposición de las sustancias volátiles (200 – 500 °C).

• La pirolisis de las sustancias adsorbidas: Que no son volátiles, las cuales resultan en la deposición de residuos carbonáceos sobre la superficie del carbón activado.

• La Oxidación selectiva: La Oxidación selectiva de los residuos pirolisados es (700° C a 900 °C) por vapor de CO2 o cualquier otro agente oxidante.

• La pirolisis debería ser realizada a temperaturas menores de 850 °C y en una atmósfera controlada para evitar grafitación de los residuos pirolisados, resultando una estructura parecida a la del carbón pero refractaria a la adsorción.

• Durante la oxidación selectiva, es difícil remover los residuos sin causar daño a la estructura del carbón activado.

Controles Operativos en la Regeneración Controles Operativos en la Regeneración Térmica:Térmica:

• Drenado de la solución del carbón por reactivar en el silo.

• Control de parámetros de alimentación de carbón y temperatura en el presecado.

• Control de Flujo de combustible, aire y temperatura en el horno.

• Nivel de solución en el tanque de enfriamiento.

• Control de la temperatura y alimentación de agua en el scruber.

•Monitoreo del vació en las columnas de carbón sulfurado.