Hernandez m

7/27/2019 Hernandez m

1/107

UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE MINAS

CONTROL DE HIERRO EN EL CIRCUITO DE EXTRACCIN POR SOLVENTES

PARA LA SOCIEDAD CONTRACTUAL MINERA EL ABRA

MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL DE MINAS

MARCELO ALEJANDRO HERNNDEZ POBLETE

PROFESOR GUAJESS CASAS DE PRADA

MIEMBROS DE LA COMISINLUIS CIFUENTES S.ESTEBAN DOMIC M.

SANTIAGO DE CHILE

MARZO 2007


2/107

RESUMEN

El proceso de extraccin por solventes (SX) de cobre comprende varias etapas deextraccin y de re-extraccin. Este proceso muchas veces genera dificultades a laoperacin siguiente de electro obtencin (EO), producto del arrastre de impurezas nodeseadas a hacia el electrlito como son: el cloro, el hierro, el manganeso, el nitrato,

entre otros. Para evitar el arrastre de impurezas desde el circuito SX hacia el circuito deEO muchas plantas industriales incorporan una etapa de lavado del reactivo orgnicocargado utilizado agua acidulada (con aprox. 30 g/L de H2SO4). En otras plantas secontrola el nivel de impurezas del circuito EO a travs del descarte peridico deelectrlito, o combinando etapas de lavado parcial y descarte. Esta ltima prctica es laque ha estado realizando la SCM El Abra, de modo de controlar el nivel de hierro en suelectrlito en un valor de aprox. 2,5 g/L y utilizando para ello un descarte de 310 m3/dade electrlito. El descarte de electrlito genera prdidas de insumos valiosos como sonel sulfato de cobalto, aditivos y una parte del cobre disuelto y del agua.

El objetivo general de este trabajo es analizar una alternativa de control del hierro enel circuito de extraccin por solventes de la SCM El Abra, que consiste en modificar el

actual circuito de lavado por un circuito llamado lavado cruzado, que integra las cuatroetapas de lavado actuales y las hace ms eficientes. Se espera que con este nuevocircuito se logre una disminucin del hierro en la solucin orgnica, la cual actualmentepresenta valores mayores que 4 mg/L de Fe, aportando una menor concentracin deesta impureza en la etapa de electro obtencin. Tambin se obtienen beneficiosdirectos de ahorro de agua e insumos, debido a que este nuevo circuito necesitaaproximadamente un cuarto del agua utilizada actualmente en el lavado y ademscomo bajara la concentracin de hierro, se requerir un menor flujo de descarte deelectrlito, con la consiguiente mejora de la eficiencia de corriente utilizada en EO.

El circuito de lavado propuesto integra las 4 etapas de lavado de la planta industrialactual (correspondiente a los cuatro trenes) en que un mismo flujo de agua compuesto

por una combinacin de agua y electrlito pobre, (logrando una solucin de 90 g/L deH2SO4), que es capaz de lavar la solucin orgnica de todos los trenes y disminuir laconcentracin de hierro en el sistema de manera significativa. Para probar el circuito seimplement una planta piloto de lavado cruzado que fue escalada de acuerdo a losparmetros de la etapa de lavado industrial, ocupando las soluciones orgnicas yacuosas de la planta Industrial. Se realiz un programa de pruebas piloto que consistien probar el circuito de lavado cruzado con concentraciones de cido en el agua delavado de 30 g/L y de 90 g/L, adems de pruebas de laboratorio que mostraron que elcoeficiente de distribucin a distintas concentraciones de cido se comporta en formasimilar para el cobre y para el hierro pero de forma desplazada.

Al realizar pruebas de lavado en la planta piloto se obtuvo una disminucin de la

concentracin de hierro en la solucin orgnica aumentando la selectividad Cu/Fe enms de tres veces para las primeras tres etapas de lavado y llegando a eficienciassuperiores al 90% comparado con el 50% que tiene actualmente la planta industrial.

Se concluye que el circuito de lavado cruzado es capaz de reducir la concentracinde hierro a niveles menores de lo que hoy lo hace la etapa de lavado convencional, estoes de los actuales 4 mg/L de hierro total en la solucin orgnica a menos de 1 mg/L dehierro total; optimizando el uso de agua y permitiendo descartar 118 m3/da menos deelectrlito pobre, manteniendo la concentracin de hierro total en torno a los 2,5 g/L ylogrando de esta forma un ahorro significativo en torno a los 440 kUS$/ao.

2


3/107

A mis padres

3


4/107

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo de titulacin no hubiese sido posible, sin la ayuda desinteresada dealgunas personas que colaboraron de distintas formas a la finalizacin de este proceso:

A don Gerardo Morales, ex Superintendente de Metalurgia de la SCM El Abra, porhaberme acogido y haberme dado todas las facilidades para la realizacin de estamemoria.

Al Sr. Jess Casas por la atencin, ayuda y los consejos brindados en la presentememoria.

A don Aurelio Cruz, Metalurgista Senior de SCM El Abra, por brindarme su apoyo paratodos los requerimientos necesarios para el funcionamiento de la Planta Piloto.

Al Sr. Eduardo Castro, Metalurgista de la Planta procesos de la SCM El Abra, porentregarme las herramientas y el conocimiento necesario, ara lograr comprender demejor los forma los conceptos de hidrometalurgia involucrados.

A don Hector Diaz, Ingeniero de Calidad de la SCM El Abra, por darme todo el poyonecesario en los difciles momentos en que las cosas no funcionaban y todo se tornabadifcil.

Y especialmente al Sr. Sergio Cruz, Asesor tcnico de Cognis-Chile, por darme elapoyo tcnico y ayudarme de manera precisa y oportuna a la implementacin de laPlanta Piloto, la realizacin de pruebas, confiar en m y alentarme en los momentosdifciles.

4


5/107

NDICE

1. INTRODUCCIN .................................................................................................................. 72. ANTECEDENTES ................................................................................................................ 9

2.1 Ubicacin y antecedentes generales .................................................................... 92.2 Resea histr ica ....................................................................................................... 102.3 Descripcin de la faena .......................................................................................... 10

2.3.1 Descr ipcin del proceso ................................................................................. 112.3.1.1 Chancado Primario ........................................................................................ 112.3.1.2 Chancado Secundario y Terciario .............................................................. 112.3.1.3 Aglomerado ...................................................................................................... 112.3.1.4 Apilamiento y recoleccin de la solucin ............................................... 122.3.1.5 Proceso de extraccin por solventes (SX).............................................. 122.3.1.6 Operacin de electro obtencin (EW) ...................................................... 14

2.4 Descripc in de la operacin SX ........................................................................... 162.4.1 Fase Orgnica ........................................................................................................ 162.4.2 Fase Acuosa ........................................................................................................... 172.4.3 Proceso de Extraccin por Solventes ............................................................. 19

2.4.3.1 Criterios de medicin en la operacin SX ......................................... 212.5 Efectos del hierro en el proceso industrial ....................................................... 24

2.5.1 Efecto del hierro en EW .................................................................................. 242.6 Lavado Cruzado ........................................................................................................ 26

2.6.1 Etapa de lavado en la operacin de extraccin por solventes ............ 262.6.2 Funcionamiento de la etapa de lavado ....................................................... 27

2.6.2.3 Concentraciones aceptables de impurezas en el electrlito ........ 292.6.3 Lavado Cruzado ................................................................................................ 29

2.6.3.1 Etapa de Lavado Actual ................................................................................. 292.6.3.2 Circui to de lavado cruzado .......................................................................... 302.6.3.3 Principio qumico del Lavado Cruzado .............................................. 31

3. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 343.1 Objetivos Generales ................................................................................................ 343.2 Objetivos Especficos .............................................................................................. 34

4 METODOLOGA ................................................................................................................. 354.1 Implementacin de una planta de lavado cruzado .......................................... 354.2 Materiales util izados en la implementacin de la Planta Piloto ................... 424.3 Programa de pruebas piloto a realizar................................................................ 424.4 Escalamiento de la Planta Piloto .......................................................................... 43

4.4.1 Escalamiento para los flujos. ........................................................................ 434.4.2 Escalamiento de la agitacin del mezclador............................................. 44

4.5 Parmetros a mejorar: Selectividad del hierro y eficiencia de Lavado ..... 474.6 Eficiencia de Mezclado ............................................................................................ 484.7 Reactivos utilizados en el proceso ...................................................................... 49

4.7.1 Sistema Orgnico ............................................................................................. 494.7.2 Sistema Acuoso ................................................................................................ 51

4.8 Construccin de curvas de extraccin y curvas de coeficiente dedistribucin. ........................................................................................................................... 524.9 Anlisis Qumico ....................................................................................................... 53

5


6/107

4.10 Mtodos de clculo y balances ............................................................................ 545 RESULTADOS ...................................................................................................................... 55

5.1 Puesta en Marcha de la Planta Piloto ..................................................................... 555.1.2 Pruebas de estanquidad ................................................................................. 555.1.3 Pruebas h idrulicas ......................................................................................... 55

5.1.3.1 Comprobacin de bombas y flujos ...................................................... 56

5.1.3.2 Comprobacin de mezcladores y velocidades angulares ............ 575.1.3.3 Comprobacin del estado general de la planta................................ 575.1.4 Puesta en marcha ............................................................................................. 585.1.5 Definicin de condiciones de operacin .................................................... 60

5.2 Pruebas de lavado ....................................................................................................... 605.2.1 Pruebas de Lavado Cruzado 90-100 g/L cido ......................................... 615.2.2 Pruebas de Lavado Cruzado 30-40 g/L cido ........................................... 68

5.3 Simulacin de Lavado Cruzado ................................................................................ 715.4 Anlisis de Resul tados ........................................................................................... 735.5 Evaluacin Econmica de alternativas para el control del hierro en elcircu ito SX. ............................................................................................................................. 76

5.5.1 Valorizacin del descarte de electrlito ..................................................... 765.5.2 Condicin actual con el circuito de lavado convencional .................... 765.5.3 Condicin luego de aplicar Lavado Cruzado ............................................ 77

6 DISCUSIN ......................................................................................................................... 807 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 818 RECOMENDACIONES...................................................................................................... 839 BIBLIOGRFIA ...................................................................................................................... 849 ANEXOS .............................................................................................................................. 85

A. Procedimientos para la operacin de la Planta piloto SCM El Abra .......... 85B. Resultado de pruebas ............................................................................................. 91C. Perfi les Planta Industrial Agosto Diciembre ao 2006................................ 99D. Balance general de la Planta ao 2006............................................................. 103E. Datos Anlisis econmico ....................................................................................... 104F. Ficha tcnica Diluyente ShellSol 2046.................................................................... 107

6


7/107

1. INTRODUCCIN

El procesamiento hidro-metalrgico de minerales de cobre consta de operacionesprincipales como son el chancado, la aglomeracin la lixiviacin, la extraccin por

solventes (SX) y la electro obtencin (EW). Este proceso presenta ineficiencias en suoperacin especialmente en la etapa de purificacin de las soluciones involucradas. Espor esta razn que muchas impurezas provenientes de la etapa de lixiviacin sonarrastradas en las etapas siguientes; una de estas impurezas es el hierro, como Fe(II) oFe(III),que si llega a ciertos niveles (sobre 1,5 g/L) en la nave de electro obtencin esperjudicial para la operacin ya que afecta en la eficiencia de la corriente, por lo quedebe ser controlado en todo el proceso. Estas impurezas llegan a estar presentesbsicamente por prdida de selectividad Cu/Fe del extractante usado en SX y/o porarrastres desde la solucin acuosa de lixiviacin (solucin rica o PLS) en el orgnicocargado.

Para solucionar este problema la industria normalmente ocupa reactivos quetengan una alta selectividad Cu/Fe, adems de una etapa de lavado que ayude aminimizar los arrastres fsicos. Sin embargo, en la mayora de los casos estas medidasno son suficientes, y para evitar comenzar a acumular hierro en el sistema es necesariodescartar diariamente un volumen de solucin (electrlito pobre), lo que trae comoconsecuencia una prdida de insumos, materia prima y costos de retratamiento dedicha solucin que retorna al sistema nuevamente (ingresa a SX).

En la SCM El Abra el hierro ha aumentado los dos ltimos aos (2005-2006) aniveles cercanos a 3 g/L en el PLS, y se espera que siga aumentando los prximosaos debido a un cambio en la mineraloga que entra al proceso (de minerales oxidadosa minerales mixtos), adems de la baja en la selectividad por una disminucin de laconcentracin de cobre en el PLS entra a SX. Por esta razn se ha propuestoimplementar un nuevo circuito de lavado del orgnico, el cual deber ser capaz dedisminuir la concentracin de hierro que actualmente va a la nave de electro obtencin(que corresponde a 2 g/L de Fe3+) y la vez que sea ms eficiente en el uso de losrecursos que actualmente se utilizan en la etapa, y de poder descartar un menorvolumen de solucin (el ao 2006 el descarte correspondi a 310 m3/da).

7


8/107

8


9/107

2. ANTECEDENTES

2.1 Ubicacin y antecedentes generales

Figura 1: Ubicacin SCM El Abra

La Sociedad ContractualMinera El Abra (SCM El Abra)se encuentra ubicada en laprovincia de El Loa, II Reginde Antofagasta Chile a 75km al noreste de la ciudad deCalama y aproximadamente a3.300 msnm.

La SCM El Abra es

propiedad en un 51% de laCompaa Freeport Mc-MoranCopper & Gold y 49%restante de CODELCO- Chile.

Esta empresa perteneciente a la gran minera del cobre esta dedicada a laproduccin de ctodos de cobre de alta pureza mediante la va hidro-metalrgicaconsiderando procesos de lixiviacin, extraccin por solventes y electrobtencin. Losctodos que se obtienen del proceso son transportados va ferrocarril al puerto deAntofagasta lugar donde la SCM El Abra posee un rea de recepcin de sus productos.

9


10/107

2.2 Resea histr ica

-1993: Codelco ofrece el yacimiento San Jos de El Abra como Joint Venturea laindustria privada.

- Junio de 1994: Nace la primera asociacin de Codelco con el sector privado cuandoCyprus Amax Minerales Co. adquiri el 51% de la propiedad. Este mismo aocomenzaron los estudios de Ingeniera Bsica.

- 1995: Se obtienen los permisos ambientales respectivos y se da comienzo a laconstruccin por medio del consorcio Bechtel - Sigdo Kopers.

- Mayo 1996: Comienzan las operaciones de carguo, chancado, aglomeracin y delixiviacin de pilas.

- Agosto de 1996, el da 10 de este mes la SCM El Abra produce su primer ctodo,adelantndose seis meses a lo planificado.

- 1999: Cyprus Amax vende sus acciones a Phelps Dodge, por lo que se hace cargo del51% de la SCM El Abra, adquiriendo adems la operacin de la minera Cerro Verde enPer.

- 2005: Comienzan los estudios preliminares para la lixiviacin de sulfuros queextendera la vida til de la mina por otros veinte aos a partir del ao 2010.

- 2007: Phelps Dodge es comprada por la compaa Freeport Mc-Moran Copper & Gold

- El proyecto inicial requiri de MUS$ 1050 de los cuales Cyprus aport US$ 300millones a travs de un crdito subordinado y se encarg de conseguir el financiamientorestante por US$ 750 millones por medio de un prstamo bancario. Codelco aport losderechos mineros y de agua.

2.3 Descr ipcin de la faena

El yacimiento propiedad de la SCM El Abra es explotado por el mtodo deminera a cielo abierto, y posee reservas de xidos por 800 millones de toneladassiendo las especies mineralgicas de cobre principales la crisocola y la pseudo-malaquita, con una ley promedio de 0,82% de cobre total. Adicionalmente a estasreservas existen reservas de 500 millones de toneladas de mineral sulfurado con unaley promedio de 0,61% de cobre total con predominio mineralgico de bornita ycalcopirita, que comenzar su explotacin plena el ao 2010, justo cuando se terminenlas actuales reservas de xidos, extendiendo la vida til de la compaa por otros 20aos ms. La futura etapa de sulfuros se llevar a cabo por la va hidro-metalrgicaaprovechando en su totalidad las instalaciones actuales.

10


11/107

La capacidad de tratamiento de la planta hidro-metalrgica de la SCM El Abra esde 145.000 toneladas/da, con una produccin de cobre de 238.000 toneladas/ao decobre fino.

2.3.1 Descr ipcin del proceso

El mineral extrado de la mina es chancado en tres etapas con el fin de reducir sutamao desde 1,5 m a 100% bajo de 19 milmetros.

2.3.1.1 Chancado Primario

La primera etapa de chancado, se realiza en un chancador giratorio Fuller Traylorde 60 x 110, que posee una capacidad de tratamiento nominal de 8.400 t/h.Adicionalmente existen equipos auxiliares conformados por una gra montada enpedestal, un tecle de servicio, una gra para servir al contra eje y un recolector depolvo.

El material chancado bajo 8 es enviado con un sistema de tres correastransportadoras (15 km de longitud) al acopio de gruesos cuya capacidad es de 274.000toneladas. Con una carga viva de 74.000 ton. Este material alimenta a los chancadoressecundarios.

2.3.1.2 Chancado Secundario y Terciario

Esta etapa esta compuesta por tres lneas de chancado independiente quetrabajan en circuito abierto. Cada lnea posee un chancador secundario NordbergMP1000 con capacidad nominal de 1.250 ton/hr, 2 harneros terciarios vibratorios deltipo banana de 3,6 m x 8,2 m Nordberg y 2 chancadores terciarios MP-1000 cabezacorta, con capacidad de 690 ton/hr. Cada lnea posee adems un electroimn, undetector de metales y un pesmetro. El producto final del proceso de chancadosecundario y terciario es 100% bajo ` que es descargado a un silo de capacidad de274,000 toneladas (capacidad de carga viva: 74.000 toneladas)

2.3.1.3 Aglomerado

Luego del chancado terciario el material es conducido mediante correastransportadoras que alimentan a tres tambores aglomeradores cuya capacidad nominales de 2.600 t/h y tiene dimensiones de 13,1 m de largo y 4,2 m de dimetro. Estostambores aglomeradotes estn montados sobre dos ruedas de acero con rodillo deapoyo y construido en un marco de acero al carbono con revestimiento de neoprenopara protegerlos de la abrasin y corrosin. El material que llega a los tambores esmezclado con cido sulfrico (11-13 kg/t) y agua para obtener como producto final unaglomerado con 10% a 11% de humedad. El mineral es transportado mediante correashasta las pilas de lixiviacin.

11


12/107

12

2.3.1.4 Apilamiento y recolecc in de la solucin

Una vez que el material aglomerado es conducido al sector de la pilas de lixiviacines depositado en dos pilas renovables de 1.600 m de largo por 400 m de ancho, conuna altura de 8 metros (cada pila est dividida en 40 mdulos de 40 m de ancho por400 m de largo). Esta labor es realizada por una apiladora mvil Racho, con una

capacidad de apilamiento de 6.500 t/h y una densidad de apilamiento de 1,6-1,8 t/m

3

.Esta apiladora mvil est compuesta por once secciones de puentes de 40 m montadosen orugas. Posee adems un carro distribuidor con correa transportadora de descargacorta para la formacin de las filas

Para el regado de las pilas se utiliza un sistema de riego por goteo, los goterosutilizados son de 1 L/h/m2 y tienen una malla de 0,35 m x 0,35 m, este sistema se ubicaen la parte superior de la pilas. El riego se realiza en un ciclo de 110 das, con uncaudal mximo a pilas de 8.000 m3/h.

Para la recoleccin de la solucin cada pila posee una canaleta en la parte inferiorde esta y del mismo largo que la pila. La solucin es conducida hacia cmarasrecolectoras y mediante tuberas de poli-etileno de alta densidad (HDPE) es llevadahacia dos piscinas desarenadotas que rebosan a la piscina de PLS. Una vez finalizadoeste proceso la solucin rica en cobre es llevada a la operacin de extraccin porsolventes y los ripios drenados son descargados mediante una rotopala y dirigidos pormedio de correas transportadoras hacia el botadero final con la ayuda de un equipoesparcidor.

2.3.1.5 Proceso de extraccin por solventes (SX)

La solucin rica en cobre (2,8-2,4 g/L de Cu) que llega a la operacin de SX poseeadems impurezas como son Fe (3 g/L Fe total), Mn y Cl que provienen de la etapa delixiviacin anterior. Esta solucin rica es llamada PLS y tratada en SX de acuerdo acinco etapas bien definidas: 3 etapas de extraccin (2 etapas de extraccin en serie yuna etapa de extraccin en paralelo), 1 etapa de re-extraccin y una etapa de lavado,para tal efecto la planta de El Abra posee cuatro trenes que tienen esta configuracin, laque se muestra en los circuitos de la Figura 2 siguiente:


13/107

Figura 2: Circuito Extraccin por Solventes SCM El Abra

13


14/107

14

El PLS con un flujo de 10.200 a 10.400 m3/h ingresa al sistema de 4 trenes, cadaetapa de cada tren posee celdas de tipo perfil bajo formado por un cajn mezcladordecantador de 29 m x 27 m. A cada tren se le asocia un flujo de orgnico de 1.500 m3/hque extrae selectivamente el cobre en las etapas de extraccin y luego lo entrega a unelectrlito en la etapa de re extraccin previo a una etapa de lavado, que se encarga deminimizar el traspaso de impurezas del orgnico cargado con cobre al electrlito.

Para el control de los arrastres de electrolito se utilizan 6 coalescedoresEimco/Wenco de 471 m3/h adems de 12 filtros de antracita que poseen una etapa deretrolavado cada 12 horas. Para el control de los arrastres en el orgnico cargado laplanta cuenta con 12 coalescedores Eimco de 552 m3/h. Para el refino se tienen 6iguales a los de electrlito. Estos ltimos privilegian el refino que alimenta a la lixiviacinde minerales de baja ley en botadero (lixiviacin ROM).

El refino, producto de las etapas de extraccin vuelve al circuito para regar las pilas,y una parte de l se va hacia riego para lixiviacin del ROM en las cercanas de la mina.

Para recuperar el material orgnico que queda en las borras se utilizan centrfugasdecantadoras de re-fases, orgnico, acuoso y slidos, con una etapa de lavado yfiltrado a travs de un filtro con zeolitas.

2.3.1.6 Operacin de electro obtencin (EW)

Una vez que el electrlito obtiene el cobre a razn de 52-54 g/L es mezclado conflujo de electrlito pobre para obtener un electrlito a celda de 42-44 g/L a unatemperatura de 48-50C, con una acidez de 195 g/L, que va a la operacin de electroobtencin donde se produce la deposicin de cobre con una pureza de 99,99% de Cu.

El electrlito pobre queda con una concentracin de 39-40 g/L con 198 g/L de cido. Elflujo de alimentacin de electrlito a las celdas es de 10.200 a 10.400 m3 /h.

La nave de electro obtencin, presenta 4 bancos de 170 celdas, con 66 ctodos deacero inoxidable AISI 316L SS de 3,25 mm de espesor, con barras de cobre y bordesplsticos y 67 nodos insolubles de aleacin Pb-Sn-Ca por cada celda. Las celdas seconectan elctricamente en circuito en serie y los ctodos en paralelo.

Cada banco es alimentado con 320-340 voltios CC por un rectificador, con un voltajepor celda de 1,9-2,0 voltios para un voltaje nominal de 340-350 voltios. La densidad de

corriente nominal del ao 2005 fue de 235-295 A/m

2

. El ciclo de cosecha es de 6 das.


15/107

Chancado Fino

54 %

Chancado Primario

PICA ROCA

FE 101

CV 101

CV 102

CV 103

SX Extraccin por solventes

ROM

CV 204

CV 204-1

Stock Pile

Lixiviacin

Electrowining

Ripios Api la mi en to

CV 205

CV 206

CV 207

CV 208

PLS

Refino

Secundario Te

CV 203

CV 203-1

Diagrama de Proceso El Ab ra

PLS

Figura 3: Diagrama proceso El Abra

15


16/107

2.4 Descr ipcin de la operacin SX

La operacin de extraccin por solvente (SX), es uno de los mtodos de purificacinmas utilizados en la actualidad, lo que se traduce en la instalacin de numerosasplantas en el mundo, en que se separa, purifica y concentra una gran cantidad de

elementos qumicos tales como cobre, zinc, molibdeno, etc.En general la operacin SX implica el paso de un elemento disuelto en una fase

acuosa, a una fase liquida conocida como fase orgnica, con el objeto de separarlo delas otras especies de la solucin. Esta operacin implica una re-extraccin de la especieextrada desde la fase orgnica, permitiendo la regeneracin del extractante, para otraextraccin.

2.4.1 Fase Orgnica

Como se mencion anteriormente, la operacin SX se caracteriza por un sistemaheterogneo de dos fases, una fase acuosa y otra orgnica. La fase orgnica contieneadems de un diluyente y a un modificador de fases, un reactivo llamado extractante,que se encarga de extraer el elemento disuelto. Para el caso del cobre los extractantesms usados son del tipo oximas, cuya frmula estructural es la siguiente [ref. 3]:

Figura 4: Oxima Comercial

El grupo A incide en la reactividad de la oxima y el grupo R es una cadena alifticaque aumenta la solubilidad del extractante y del complejo metlico en la fase orgnica.El grupo A puede ser hidrgeno, donde la oxima lleva el nombre de aldoxima o CH3(tambin puede ser C6H5) llamado cetoxima; los primeros poseen una gran capacidadde carga, rpida cintica, sin embargo poseen una fuerza extractiva tan alta que elcobre no se re-extrae bien. Las cetoximas en cambio necesitan una mayor

concentracin de cido sulfrico para la re-extraccin y su fuerza extractiva esmoderada, estas fueron los primeros reactivos usados comercialmente, funcionan biencon soluciones temperadas (>15C) y con un valor de pH superior a 1,7.

Por estas razones que los extractantes se utilizan en forma de mezcla aldoximacetoxima o la aldoxima con algn modificador que es un compuesto orgnico polar, quepueden ser alcoholes de cadena larga, nonil-fenol o ciertos esteres cuya funcin esdebilitar la fuerza extractiva de los extractantes. Estos modificadores muchas vecesaumentan la viscosidad de la fase orgnica y promueven la formacin de borras.

16


17/107

Adems del extractante, en la fase orgnica est presente el diluyente, que es

requerido para bajar la alta viscosidad de este. Para el correcto funcionamiento en laoperacin SX se requiere entonces una concentracin deseada diluyente-extractante.Los diluyentes utilizados corresponden a solventes hidrocarburos. Su eleccin serealiza principalmente por sus propiedades fsicas, en que se considera:

- Separacin de fases- Punto de Inflamacin- Evaporacin- Solubilidad- Viscosidad- Toxicidad

La funcin del diluyente es ser vehculo para el extractante y para el complejoorgano-metlico adems de reducir la viscosidad, gravedad especfica y el costovolumtrico del extractante. [ref. 6]

2.4.2 Fase Acuosa

La solucin acuosa corresponde a una solucin de lixiviacin (PLS), que provienede la lixiviacin de pilas. Esta solucin est caracterizada por:- Concentracin de cobree impurezas- pH de la solucin- Potencial de oxidacin de la solucin- Nivel de slidos en suspensin- Temperaturas de las soluciones- Concentracin de aniones

En el caso del cobre en que hay un sistema de intercambio catinico, y laestabilidad de este elemento en medio sulfrico es in cprico, el control del potencial ydel pH es de vital importancia para evitar la extraccin de impurezas asociadas alsistema. Normalmente junto al cobre disuelto, existen tambin una serie de impurezaspresentes tales como Fe2+, Fe3+, As3+, As5+, Ca2+, Mg2+, Ni2+, Al3+, Cl-, NO3

-, SiO2 yotras.

El nivel de slidos en suspensin favorece el aumento de la formacin de borras(crud) en el sistema y al atrapamiento de orgnico por stos.

La temperatura tiene directa relacin con las caractersticas de separacin de fases,los arrastres y la cintica de las reacciones. Lo recomendable es trabajar a temperaturaambiente (20C). La temperatura tiene un efecto en la viscosidad de las soluciones,debido a que a menor temperatura la viscosidad aumenta. Esta caracterstica esresponsable de que la separacin de fases sea ms rpida a altas temperaturas, aligual que la disminucin de arrastres a mayores temperaturas. La velocidad de reaccintambin se ve disminuida con bajas temperatura, de hecho la velocidad de una reaccindisminuye a la mitad por cada 10 C menos de temperatura.

17


18/107

Por ltimo la concentracin de aniones tiene importancia por la formacin decomplejos en solucin que pudiesen afectar la eficiencia del proceso. En el caso delFe3+ en medio sulfrico, este forma una serie de complejos, segn las siguientesreacciones:

Fe3+ + SO42- FeSO4

+

FeSO4+

+ SO42-

Fe(SO4)

2-

Fe3+ + HSO4- Fe(HSO4)2+

HSO4- H+ + SO4

2-

Fe3+ + 2SO42- + H+ FeH(SO4)2 (dominante)

La estabilidad de estos complejos en funcin del pH le presenta en la siguientefigura:

Figura 5: Equil ibr ios de Fe(III) en soluc in de 0.1 M Fe(III) y 0.5M SO4(tot) a 25C.

(1) Fe+3, (2) FeOH2+, (3) FeSO4+, (4) Fe(SO4)2

-, (5) Fe(tot )

Como se puede observar, el in frrico slo existe en un rango estrecho de pH yque las especies ms estables corresponden a los complejos FeSO4

+ y Fe(SO4)2-

En el caso de iones cloruros, cuando se emplea agua de mar para lixiviar, adems

de la formacin de complejos, es necesario emplear otro tipo de materiales en laconstruccin, por la corrosividad del elemento y un mejor control de los arrastres en SXpara que no afecten negativamente la calidad del cobre catdico que se requiera [ref.7].

18


19/107

2.4.3 Proceso de Extraccin por Solventes

SX es un proceso en el cual una solucin acuosa, que contiene el in metlico aextraer, entra en contacto ntimo con una solucin orgnica inmiscible, producindose laextraccin del in metlico desde la solucin acuosa por parte de la solucin orgnica atravs de un intercambio inico. Este proceso se lleva a cabo para separar una especie

de inters (en este caso, el in metlico) del resto de especies presentes en la faseacuosa.

En el caso del cobre, la extraccin desde la solucin acuosa queda explicada por lareaccin siguiente:

(1)[ ] [ ]acorgorgac

HRHRCu2

42

2

4

22 + SOCuSO 2 + ++

La reaccin anterior corresponde a una reaccin de equilibrio qumico, por lo que sepuede invertir dependiendo de la actividad relativa de las especies presentes en las

soluciones. Esta reaccin es controlada por el pH de la solucin acuosa. Es de estemodo que luego se lleva a cabo la re-extraccin, etapa en la cual el in metlico esrecuperado desde la fase orgnica y retorna a una solucin acuosa.

Al ponerse en contacto ntimo las soluciones orgnica y acuosa se obtiene comoresultado una emulsin, que corresponde a un sistema disperso e inestable. Latransformacin de una emulsin a un sistema de dos fases es espontnea, y se lograuna separacin total si transcurre un tiempo adecuado. A este fenmeno se ledenomina coalescencia.

La interfase entre las dos soluciones que se estn separando, y que inicialmente

formaron la emulsin, corresponde a una zona heterognea denominada banda dedispersin. Es en esta zona donde se est produciendo la separacin de fases, y suespesor es una de las variables ms importantes en el desarrollo del proceso.

Dicho proceso se realiza en un equipo mezclador-decantador que se muestra en lafigura siguiente:

19


20/107

Flujo deacuoso

Figura 6: Equipo mezcador-decantador

La operacin de este equipo, consiste bsicamente en:

- Bombear las soluciones acuosas y orgnicas hacia el estanque del mezclador deacuerdo a una velocidad predeterminada.

- Mezclar las dos fases con agitadores para formar una dispersin.

- Evacuacin de la dispersin desde el estanque del mezclador hacia undecantador plano, donde las fases de solucin acuosa y orgnica se conglutinany separan por gravedad.

- Evacuacin de la fase de orgnico y decantar la fase de solucin acuosa en elextremo opuesto del mezclador.

- La mezcla fluye del mezclador hacia el decantador y se distribuye uniformementepor todo su ancho por medio de dos picket fence en punta.

- El decantador proporciona un rea relativamente libre de movimiento donde sepueden separar el orgnico y la solucin acuosa.

- En el decantador las fases se separan en una capa de solucin acuosa.

- En el decantador las fases se separan en una capa de solucin acuosa y otra deorgnico.

- La posicin vertical de la interfaz acuosa/ orgnica se controla mediante exclusasajustables en el extremo opuesto del decantador.

20


21/107

En general la operacin SX presenta un circuito cerrado como el que se presenta acontinuacin.

Figura 7: Circuito Cerrado LIX-SX-EW

Este esquema est compuesto de tres circuitos cerrados de soluciones, en que seadiciona cido y orgnico para compensar las prdidas y que el proceso funcione enforma efectiva.

En el circuito la solucin impura de lixiviacin , posee una baja acidez (pH = 1,6-2,8),y se encuentra con la fase orgnica inmiscible, que contiene el extractante de Cuselectivo frente a los otros elementos como son Fe2+, Fe3+, Zn2+, Ni2+, Ca2+ , Mg2+ , Al3+

Mo6+

, Cl-

, NO3-

, SO42-

. Por la acidez de la solucin, la ecuacin (1) se desplaza haciala derecha, y se obtiene una fase orgnica cargada de cobre y una solucin quecontiene la mayor parte de las impurezas llamada refino que retorna a la lixiviacin. Porcada mol de cobre que se transfiere al orgnico se regenera 1 mol de H 2SO4 en la faseacuosa. [ref. 7].

En la re-extraccin el orgnico cargado se contacta con una solucin acuosa de altaacidez (150-200 g/L). Esta solucin viene como retorno de EW. Producto de la altaacidez, la ecuacin 1 se desplaza hacia la izquierda, quedando una solucin cargada deCu con alta acidez (electrlito) que se enva a EW.

2.4.3.1 Criterios de medicin en la operacin SX

En la operacin SX se transfiere masa desde una fase a otra en las etapas deextraccin y re-extraccin, se produce una dispersin de una fase en la otra en formade gotas realizada por medio de agitacin mecnica. El elemento que interesa extraerse distribuir en ambas fases hasta alcanzar el equilibrio. Se define as la concentracindel metal en la fase orgnica y acuosa en el equilibrio, llamado coeficiente dedistribucin D [ref. 4]:

21


22/107

D =acuosafaseelementonConcentrac

orgnicafaseelementoinConcentrac

___

___(Definicin 1)

Al realizar una curva que represente el coeficiente de distribucin con respecto al pHde la fase acuosa, se obtiene la siguiente curva:

Figura 8: Grfico de Coeficiente de Distribucin v/s pH

Al variar el pH el coeficiente de distribucin D aumenta, sin embargo el aumento no

es en forma lineal, sino que existe un punto de inflexin, en que las concentraciones enla fase orgnica y acuosa se igualan (D= 1). Entonces sobre el pH para el cual D=1predominar la extraccin y bajo este pH la descarga o re-extraccin, tal como indica lafigura anterior [ref 4].

Otro concepto fundamental en la operacin SX es la selectividad, debido a que en lasolucin lixiviada existe ms de una especie qumica presente; estas especies sedistribuyen tambin en las fases acuosa y orgnica, de acuerdo a sus solubilidades. Deesta forma es posible separar aquellas ms solubles de aquellas menos solubles,estableciendo as el factor de separacin que se define como la relacin de loscoeficientes de distribucin de dos especies distintas (Dm, Dn), que mide la posibilidad

de la separacin de las especies a y b, y se denomina selectividad:

Dn

Dm= con Dm >Dn

1 (Definicin 2)

1 En la SCM El Abra la selectividad es calculada como:orgfasenElementoinNetaConcentrac

orgfasemElementoinNetaConcentrac

____

____

22


23/107

Para un caso general, la reaccin de extraccin por solventes se puede escribircomo:

Mm+(ac) + m HR(Org) MRm(org)+ mH+(ac) (2)

La constante termodinmica queda definida como:

Keq =

ac

mOrg

m

ac

m

Org

MHR

HMRm

][*][

][*][+

+

(3)

Reemplazando la ecuacin 1 en esta ltima:

Keq =Org

m

acm

HR

HD

][

][*

+

OrgHRmmpHKD ]log[loglog ++= (4)

En que K es una caracterstica del sistema y depende solo de la temperatura y alobservar la ltima ecuacin se relaciona el coeficiente de distribucin con el pH de lasolucin, la naturaleza de extraccin y el metal acuoso [ref. 7].

Este efecto tiene mucha importancia en la extraccin individual de los elementos yen la separacin de los metales del acuoso, tal como se muestra en la figura siguiente:

Figura 9: Curva de extraccin Cu y Fe para un extractante comercial.

23


24/107

2.5 Efectos del hierro en el proceso industrial

El hierro en la operacin esta siempre presente, principalmente por la mineralogaque llega a la planta de procesos y su acumulacin en ella. El hierro llega a la operacinSX por medio de arrastres qumicos y fsicos; en donde la selectividad del extractante

juega un rol importante para controlar el arrastre qumico, y la etapa de lavado para

controlar el arrastre fsico tanto del hierro como de otras impurezas.El ion frrico, Fe(III), compite con el Cu(II), en la etapa de extraccin, en donde a

ciertos niveles de pH existe una co-extraccin de hierro y cobre por parte de la oxima enla solucin orgnica, entonces al existir condiciones de pH y concentracin deextractante en que se beneficie esta co-extraccin, el extractante perder la oportunidadde atrapar cobre. Es por esto que se debe estudiar la cantidad adecuada de extractantepara una cierta concentracin de cobre en la solucin rica o PLS de forma tal que el infrrico no pase a las etapas siguientes.

El hierro entonces debe estar controlado, ojala en el orden de 1-2 g/L. Slo enalgunas ocasiones puede ser beneficioso, esto es cuando hay altos niveles de Mn en elelectrlito, porque el in ferroso contrarresta el efecto oxidante del permanganato en elnodo, evitando el deterioro del nodo y la contaminacin del catado con plomo. Sinembargo, un aumento sobre 1,5 g/L en el hierro total, produce una ineficiencia decorriente tal como queda descrito en el captulo siguiente.

2.5.1 Efecto del hierro en EW

Una vez que el electrlito proveniente de la etapa SX est cargado, pasa a la etapaEW, en que se extrae el cobre del electrlito cargado. El cobre se extrae en forma dectodos por electro obtencin. Este electrlito es una solucin cida de sulfato de cobreque contiene entre 20-50 g/L de Cu2+ y 150-200 g/L de H2SO4, con una temperatura detrabajo de 40-50 C.

Las reacciones andica y catdica llevan lugar en celdas electrolticas, segn semuestra a continuacin:

Figura 10: Reacciones en una Celda EW

24


25/107

Estas celdas estn constituidas por:

- La celda propiamente tal, que es un estanque rectangular que contiene el electrlitoy los electrodos.

- El electrlito que es el conductor inico que contiene los iones de metal a depositar.- Los electrodos, que son los conductores electrnicos, sobre los cuales se realizan

las reacciones qumicas, tiene diferentes polaridades, el electrodo negativo, llamadoctodo del que se obtienen los depsitos metlicos segn la reaccin catdica y elelectrodo positivo llamado nodo en el que se produce el desprendimiento del gassegn la reaccin andica.

La reaccin global que se establece es la siguiente:

Reaccin Catdica: Cu2+ + 2e Cu

Reaccin Andica: H2O 2H+ + O2 + 2e-

Reaccin global: Cu2+ + H2O Cu

o + O2 + 2H+

La masa del metal depositado se establece mediante la Ley de Faraday, que indica

que la masa del metal depositado es proporcional a la cantidad de corriente que circulaa travs de la celda y al tiempo de operacin de la electrlisis, esta ley quedaexpresada con la siguiente ecuacin:

tInF

Mm **= (Definicin 3)

donde:

m: masa depositada en gramosM: peso molecular del metal depositadon: Valencia del in metlico en la solucinF: Constante de Faraday (96.487 coulomb/equivalente)I: Corriente que circula en AmperesT: Tiempo de operacin de la electrlisis en segundos

Adems de estas reacciones, en el ctodo se producen reacciones no deseadas,como es el caso de la reaccin siguiente:

++

+ eFeFe23

Esta reaccin utiliza corriente que est destinada a la reduccin de in cprico acobre metlico, disminuyendo la masa de cobre depositada en el ctodo. La forma demedir esto, es la eficiencia de la corriente, que es la relacin que numricamente se

25


26/107

establece entre la masa del metal que tericamente se depositar y la masa del metalque efectivamente se deposit en el ctodo en porcentaje [ref. 2; ref. 1]:

terica

realI

m

m= * 100 (Definicin 4)

Actualmente la industria presenta valores de eficiencia entre 92% y 95%. Sinembargo la SCM El Abra el ao 2006 presento un valor promedio de 87,5% deeficiencia.

Junto con esta situacin el nodo vuelve a generar Fe3+ a partir de Fe2+,produciendo un circuito cerrado de produccin de frrico en el ctodo, con lasconsecuencias mencionadas.

2.6 Lavado Cruzado

2.6.1 Etapa de lavado en la operacin de extraccin por solventes

La operacin de extraccin en SX, no es 100% eficaz, esto es que los extractantesocupados no son completamente selectivos en extraer la especie de inters, sino queadems de cobre, co-extraen hierro (in frrico), mediante mecanismos qumicos, quede seguir en el sistema y llegar a EW provoca ineficiencias tal como se mencion encaptulos anteriores, Adems de esta impurezas existen arrastres de ndole fsico queson partculas de PLS que se van junto al orgnico y que llevan consigo todas lasimpurezas propias que trae esta solucin desde lixiviacin (como por ejemplo in

ferroso)

Una solucin parcial para este problema es encontrar el tipo de extractante o lacombinacin adecuada de tipos de extractantes (combinacin aldoxima-cetoxima porejemplo) de forma tal de aumentar la selectividad Cu/Fe de ellos. En la prctica esto serealiza, sin embargo ya sea por los cambios en las condiciones (mineraloga o acidez)del sistema propias del dinamismo que posee una planta de extraccin por solventes opor las condiciones propias del extractante, es tarea muy complicada encontrar unacombinacin que solucione completamente el problema de la selectividad.

Para solucionar parte de este problema, y adems solucionar el problema de los

arrastres fsicos, la mayora de las plantas SX han incorporado una etapa de lavado ensu operacin. La funcin de esta etapa es lavar el orgnico cargado con agua limpia (en el caso de la SCM El Abra, agua con 75 mg/L de cloro), y de esta forma disminuirlos arrastres o impurezas de ndole fsico que vienen en este orgnico, evitando quepasen a la etapa de re-extraccin siguiente. Si adems al agua de lavado se le adicionacido, por ejemplo, mezclndolo con una proporcin de electrlito pobre, se puedeconseguir adicionalmente una limpieza de orden qumico en que el agua de lavadopueda extraer parte del hierro que lleva el orgnico. De esta forma es posible tener,gracias al lavado un control fsico y un control qumico de las impurezas.

26


27/107

El circuito tpico de una etapa de lavado para una planta hidro-metalrgica para un

tren, se muestra a continuacin:

Figura 11: Etapa actual de lavado

La figura muestra el circuito de lavadotpico para un tren en que se encuentranla solucin acuosa de lavado con elorgnico cargado proveniente de lasetapas de extraccin. Cada tren esindependiente en cuanto a flujo de aguade entrada y salida. El agua de salida seva generalmente a la piscina de PLS(solucin rica), donde se combina con estee ingresa nuevamente al circuito SX.

2.6.2 Funcionamiento de la etapa de lavado

En SX la etapa de lavado funciona en forma similar al resto de las etapas de laoperacin, es decir la solucin orgnica proveniente de extraccin se mezcla con lasolucin acuosa en un equipo mezclador decantador de tal forma que el agua semezcle con el orgnico cargado en continuidad acuosa para que aquellas partculas dePLS que fueron arrastradas por el orgnico no vayan a la etapa de re-extraccinposterior, evitando que se mezclen con el electrolito rico elevando las impurezas en lasolucin . Adems de esto se puede disminuir la concentracin de in frrico que fueatrapada qumicamente por el extractante en la etapa de extraccin va la adicin deacido sulfrico al agua de lavado, de tal forma que esta agua acidulada acte como unagente que desplace la ecuacin de equilibrio de cobre y hierro, permitiendo unadescarga de ambos. Sin embargo, esta situacin si bien puede ser beneficiosa desde elpunto de vista del hierro, se debe tener extremo cuidado en la cantidad de acidoinvolucrado, porque tambin comienza a re-extraer parte del cobre, quedando unasolucin rica de lavado rica en cobre y hierro.

Los parmetros bsicos de una etapa de lavado son los siguientes [ref. 5]:

- Razn O/A global entre 50 y 200- Funcionamiento en continuidad acuosa ( O/A operacional = 0.9)- Adicin de acido sulfrico para mejorar la eficiencia de lavado

En la actualidad la gran mayora de los procesos SX posee etapas de lavado deorgnico, adems de coalescedores de orgnico. Este ltimo equipo es eficaz en

27


28/107

reducir los arrastres fsicos, sin embargo se sabe que las etapas de lavado pueden sereficaces en reducir impureza tanto como arrastre fsico como por arrastre qumico, loque hace que la etapa de lavado tenga una relevancia mayor en las plantas SX.

El siguiente esquema muestra el equipo mezclador- decantador tpico para lavadoen una planta SX:

Figura 12: Etapa de lavado convencional

La funcin de esta etapa entonces es disminuir las impurezas, que vienen con elorgnico, y que se resumen en:

- 50 y 1.000 mg/L de PLS con todas las impurezas propias de la lixiviacin

(incluyendo in ferroso).- In frrico qumicamente extrado y cargado en la solucin orgnica.

Una de las formas de controlar parte de estos arrastres fsicos y qumicos es eldescarte de electrolito, con el consecuente costo que esto significa para la operacin,debido a que se pierde oportunidad de tratamiento de cobre, reactivos necesarios enEW y que se adicionan en la etapa de re-extraccin, cido, etc. Por esto, no se puedetener un gran volumen de descarte y se hace necesaria una etapa de lavado eficientepara disminuir este volumen.

28


29/107

2.6.2.3 Concentraciones aceptables de impurezas en el electr lito

Para obtener mejores resultados operacionales, la experiencia muestra que losniveles de impurezas en el electrolito deberan estar en torno a los valores que muestrala tabla siguiente:

Tabla 1: Concentraciones aceptables de impurezas en electrlito

Especie Concentracincloro < 30 mg/Lmanganeso < 50 mg/Lhierro total 1-2 g/Lin frrico (Fe3+) < 1,5 g/L

Esto debe ser congruente con los valores exigidos para las consideraciones decalidad qumica del ctodo de cobre [ref 10].

2.6.3 Lavado Cruzado

2.6.3.1 Etapa de Lavado Actual

Como se mencion en captulos anteriores, la SCM El Abra, tiene una operacin SXque comprende de 4 trenes independientes. Cada tren posee una etapa de lavado quefunciona segn lo descrito en los puntos 2.6.1 y 2.6.2 anteriores.

Esta etapa funciona casi exclusivamente gracias a la recirculacin que se le da alagua de lavado, ya que el flujo de agua de reposicin que entra a cada lavado es del

orden de 15 m3/h, muy pequeo comparado con los 1.500 m3/h de flujo de orgnico queentran a cada tren. Lo anterior significa que para las cuatro etapas de lavado, senecesitan 60 m3/h, cifra que puede ser variable durante el ao como se muestra en elgrfico siguiente que corresponde al consumo de agua total para toda la operacin SXen las etapas de lavado del ao 2006:

Figura 13: Agua reposicin ao 2006

29


30/107

Adems de agua de 75 mg/L de Cl-, al lavado se le agrega una proporcin de

electrlito pobre para ayudar a re-extraer hierro, sin embargo esto trae comoconsecuencia una co-extraccin de cobre. En el siguiente grfico se puede apreciar elflujo de adicin de electrlito pobre al lavado del ltimo ao:

Figura 14: Consumo electrlit o pobre ao 2006

De esta forma el agua de lavado queda como agua cida con una proporcin de 20-30 g/L de H2SO4, aumentando el flujo acuoso final que entra a la etapa de lavado.

2.6.3.2 Circui to de lavado cruzado

La alternativa de lavado cruzado propone realizar una optimizacin del circuito delavado actual, es decir pasar de una etapa de lavado independiente para cada tren, enque cada uno tiene su propio flujo de agua, a un flujo integrado de lavado en que el

mismo flujo de agua se ocupe para todos los trenes de acuerdo al siguiente diagrama:

Figura 15: Circuito de lavado cruzado

30


31/107

Donde:OC-E1X: Orgnico cargado proveniente de la etapa E1 del tren XOCL-WX: Orgnico cargado lavado que sale de la etapa de lavado de tren XWX: Etapa de lavado del tren X

El flujo de agua total que se ocupar ser de aproximadamente de un cuarto del que

se ocupa actualmente, y ser el que pasar de tren en tren hasta llegar al tren D, elagua de lavado tendr como principal caracterstica una concentracin de H2SO4mucho mayor que lo ocupado hoy, y que corresponde a una combinacin de 50% deagua de 75 mg/L de cloro y 50% de electrlito pobre, lo que logra un agua de lavadocon una concentracin de acido de aproximadamente 90 g/L y una concentracin deCu2+ de 20-25 g/L.

2.6.3.3 Principio qumico del Lavado Cruzado

La proposicin de este circuito es explicada por un concepto de equilibrio qumico delas reacciones que ocurren en este sistema, o sea:

(5)++

+++ HSOCuCuSOSOH 222

4

2442

(6)++ +++ HSOFeSOFeSOH 662)(32

4

3

34242

En que:

(7)asociadonHSOMelibreHTotal

HHH ,)(, 4+= +

Para que las dos primeras reacciones ocurran, debe haber el equilibrio de hidrgenoque se presenta en la ecuacin (7), este equilibrio se est presente en cada uno de lostrenes, y es explicado para el caso del cobre en que cuando se extrae un in Me 2+, seliberan dos tomos de hidrgeno segn la reaccin qumica siguiente:

[Cu2+]Aq+ 2[HR]O [CuR2]O + 2[H+]Aq (8)

Donde la relacin estequiomtrica indica que por la extraccin de 1g/L de Cu, seproducen 1,54 g/L de H2SO4. Anlogamente para el caso del hierro, cuando se extraeun in Me3+, se liberan tres tomos de hidrgeno segn la reaccin siguiente:

[Fe3+]Aq+ 3[HR]O [FeR3]O + 3[H+]Aq (9)

Cuando el orgnico comienza a lavarse con agua cida, las reacciones detransferencia para cobre y hierro (ecuaciones (8) y (9) respectivamente) tienen undesplazamiento hacia la izquierda (reacciones controladas por el pH de la solucin) loque hace que en el agua de lavado quede una cantidad de ambos metales. Estefenmeno queda de manifiesto en las curvas de coeficiente de distribucin D v/s pHpara cobre y hierro, que como son distintas para pH iguales, la capacidad de extracciny re-extraccin sern tambin distintas. A modo de ejemplo se muestra una curva parados metales cualesquiera:

31


32/107

Figura 16: Coeficiente de distribucin para dos metales cualesquiera [Ref 4]

Entonces en un rango de pH cido, para un extractante determinado (para unaconcentracin determinada), el agua de lavado ser capaz de llevarse cobre y hierro,desprendindolos de la solucin orgnica, porque a gran concentracin de cido lareaccin se desplaza hacia la izquierda. Esta situacin se dar hasta un punto desaturacin de las especies en el agua (que corresponde para D=1), sin embargo estepunto es distinto para el cobre y el hierro, por tanto cuando el agua no pueda descargar

ms cobre desde la solucin orgnica, si podr seguir descargando hierro, de tal formaque es necesario trabajar en el rango de pH en que el agua de lavado puede concentrarhierro y est prxima a la saturacin por cobre.

Numricamente esta situacin se puede apreciar especficamente para cobre yhierro en la etapa de extraccin de la Planta Industrial, el grfico siguiente muestra estasituacin en forma prctica, en que el coeficiente de dilucin llega a 1 a distintos valoresde pH para cobre y hierro:

32


33/107

Coeficiente de Distribucin para valores de laetapa de Extraccin en Planta Industrial para

Cu2+ y Fe3+

0123456

78

0 0,5 1 1,5 2 2,5

pH

Coef.de

Distribuci

n

DCu

DFe

Figura 17: Grfico de coeficientes de Distribucin

El hecho de trabajar con un pH cido (bajo 1,5), es justamente aprovechar que lasreacciones de extraccin y re-extraccin son reacciones de equilibrio qumico, por loque su sentido se puede invertir dependiendo de la actividad relativa de las especies.Es por eso que si aumentamos la concentracin de H+ se logra que la reaccin seinvierte hacia la izquierda, por lo que una de las caractersticas del agua de lavado esser mezcla de 50% de agua de 75 mg/L de Cl- y 50% de electrlito pobre, consiguiendodos importantes propiedades en esta etapa:

o Se logra una cantidad de cido tal que logra re-extraer del orgnico la mayor

cantidad de hierro.o Posee una cantidad aproximada de 20-25 g/L de Cu2+, lo que permite que el aguade lavado slo re-extraiga una porcin de cobre del orgnico antes de que se saturede l, por lo tanto en el primer tren (WA) se re-extraer cobre hasta casi llegar a lasaturacin en el agua, y el segundo, tercero y cuarto tren, la re-extraccin de cobreser mnima.

A pesar de que hay una re-extraccin de cobre importante por parte del agua delavado, al trabajar con un flujo de agua mucho menor que el flujo de solucin orgnica(15 m3/h v/s 1.500 m3/h), no afectara en gran medida la concentracin de cobre que ira la etapa de re-extraccin.

33


34/107

3. OBJETIVOS

3.1 Objetivos Generales

Evaluar un sistema de control de hierro en el circuito de extraccin por solventes deSCM El Abra de modo que el proceso de electro-obtencin trabaje eficientemente.

Probar un circuito de lavado ms eficiente para la operacin de SX que permitadisminuir la concentracin de hierro que llega finalmente a la nave de EW, permitiendoaumentar la eficiencia de corriente en el proceso electrometalrgico, mediante lainstalacin de una planta piloto SX que simule las principales caractersticas del circuitode lavado industrial.

Evaluar econmicamente la alternativa de lavado cruzado, que incluye ahorros porconcepto de menor electrlito menor volumen de agua utilizada en la etapa de lavadode la operacin de SX.

3.2 Objetivos Especficos

Realizar pruebas de laboratorio que permitan comprobar experimentalmente lavalidez terica del nuevo circuito propuesto adems de determinar parmetros a utilizaren las pruebas de la planta piloto.

Implementacin de una planta piloto SX, que simule las principales caractersticascorrespondientes al circuito de lavado de la Planta Industrial.

Realizar un programa de pruebas piloto capaz entregar resultados que permitancomprobar mediante pilotajes que es posible aumentar la eficiencia y la selectividadCu/Fe en la etapa de lavado, con la utilizacin del circuito de lavado cruzadopropuesto.

34


35/107

4 METODOLOGA

4.1 Implementacin de una planta de lavado cruzado

Para la realizacin de las pruebas de lavado cruzado, se implement una plantapiloto de capacidad 3 gal/min. (11,4 L/min.), de tal forma de simular el proceso de

lavado para los cuatro trenes, escalando las principales caractersticas del lavado de laplanta industrial pero con el cambio al circuito de lavado cruzado propuestoanteriormente.

El diagrama de la planta piloto se muestra en la siguiente figura:

VA VB VC VD

TKOC

TKOC

TKOC

TKOC

TKAR

WA WB WC WD

TABLERO ELCTRICO Flujo de orgnico

Flujo de Acuoso

-- > Corriente Elctrica

-- > Corriente Elctrica

Figura 18: Diagrama Planta Piloto

La planta esta constituida por cuatro celdas de tipo de mezclador-decantador(existentes), tal como la planta industrial, pero con el nuevo circuito de lavado. El tableroelctrico alimenta a las bombas que impulsan el flujo de solucin orgnica cargadadesde los estanques respectivos (en el diagrama TK OC), adems el tablero elctricoposee los variadores que regulan la velocidad de los mezcladores (VA, VB, VC y VD).Para regular el flujo de solucin orgnica se mantiene una recirculacin que devuelveflujo de esta solucin a los estanques. Existe adems una bomba que impulsa el aguade reposicin desde el estanque de agua de reposicin (TK AR) hacia la etapa delavado A (WA). Una vez que el lavado se ha completado, la solucin orgnica ya lavada

35


36/107

se elimina del sistema (en la planta industrial pasa a la etapa de re extraccin), y elagua de lavado se elimina solo de la etapa de lavado D (WD).

Cada una de las celdas del tipo mezclador-decantador correspondientes a WA, WB,WC y WD posee la siguiente configuracin, con las dimensiones que se detallan acontinuacin:

L

HN

B

CDE

F

GI J

KM

A

O

Figura 19: Esquema del mezclador-decantador de la etapa de lavado

Tabla 2: Dimensiones del mezclador-decantador de la etapa de lavado

temValor[cm]

Ancho (A) 35Alto (H) 35

Largo (L) 93Dimetro de la turbina (B) 20

C 20D 33E 22

F 8G 10I 28J 10K 32M 5N 27O 4

36


37/107


38/107

Figura 21: Vista posterior celda

Para ayudar a mantener la proporcin de solucin acuosa en la celda, cada unaposee un regulador de solucin acuosa, que consiste en un tubo que permite regularmanualmente el flujo y la altura de la solucin acuosa en el decantador de acuoso, talcomo se muestra en la figura siguiente:

Figura 22: Regulador de solucin acuosa

Cada celda posee un mezclador con variador de velocidad, que adems de laoperacin de mezclado se encarga de realizar la succin de la solucin orgnica queproviene de los estanques y la succin de la solucin acuosa de la etapa anterior

38


39/107

debido a que ambas ingresan por la parte inferior de la celda, justo bajo el eje delmezclador. Cada celda posee tambin una bomba de 13,6 L/min de capacidad mximacapaz de impulsar desde un estanque de 200 L. La solucin orgnica hacia la celda ysu flujo es controlado con las vlvulas de recirculacin que poseen los estanques,adems de los flujmetros ubicados en la parte inferior de cada una de las celdas. Lafigura siguiente muestra la disposicin de los estanques y su recirculacin:

Figura 23: Estanques de orgnico y bombas de impulsin

Figura 24: Tablero elctrico con variadores en su parte superior

39


40/107

Para reponer el agua de lavado, se utiliz una bomba peristltica con una impulsinvariable de 10 a 100 cm3/min. Esta bomba impulsaba el flujo de agua de reposicinhacia el tren A, y que posteriormente iba pasando a los dems celdas mediante unsistema de mangueras.

Para evacuar las soluciones en caso de parada de planta o de emergencia por

rebalse cada celda posea en cada una de las zonas, esto es zona mezclador, zonadecantador y zonas de sumidero vlvulas de evacuacin de soluciones, que permitanvaciar rpidamente la etapa de lavado.

A continuacin se muestran imgenes de la planta piloto instalada:

Figura 25: Vista General Planta Piloto

40


41/107

Figura 26: Vista lateral de la Planta Piloto

Figura 27: Vista superior de dos celdas de la Planta Piloto

41


42/107

4.2 Materiales utilizados en la implementacin de la Planta Piloto

La implementacin de la piloto requiri utilizar materiales que resistentes a lassoluciones que pasarn por ella, esto quiere decir, resistentes al cido y a la solucinorgnica. Especial cuidado se tuvo para las piezas metlicas ocupadas porque la

corrosin del cido podra haber alterado los resultados.Con estos antecedentes se implement la planta con los siguientes materiales:

Tabla 3: Materiales de cons truccin Planta Piloto

Parte de la Planta MaterialCeldas Acrlico

Mangueras Mangueras de alta presinUniones PlsticoVlvulas Plstico

Abrazaderas Acero inoxidableTornillos y tuercas Acero inoxidable

Mezcladores- Brazo

- TurbinaAcero inoxidableAcrlico

Estanques Plstico

4.3 Programa de pruebas pilo to a realizar

El programa de pruebas fue dividido en cuatro partes dependiendo de su propsito:

- Pruebas preliminares: Realizadas durante 5 das con funcionamiento continuo de laplanta piloto (8 horas), para comprobar el normal funcionamiento de la misma.

- Pruebas de escalamiento: Realizadas durante 2 das, con el objetivo de encontrarparmetros de escalamiento.

- Pruebas piloto de concentracin de cido en el acuoso de 30-40 g/L de H2SO4 (4pruebas)

- Pruebas piloto de concentracin de cido en el acuoso de 90-100 g/L de H2SO4 (6pruebas)

- Pruebas de repeticin (10 pruebas)

Las pruebas se realizaron en turnos de 8 horas 5 das a la semana.

42


43/107

Tabla 4 : Programa de pruebas

Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5Pruebas preliminares XXXXXXX Pruebas de escalamiento XXX Pruebas piloto I XXXXXXX Pruebas piloto II XXXXXXX

Repeticiones XXXXXXX

4.4 Escalamiento de la Planta Piloto

Para que las condiciones de la etapa de lavado fueran similares a la plantaindustrial, se realizaron escalamientos segn:

- Flujos

- Velocidad de mezcladores

4.4.1 Escalamiento para los flujos.

Para escalar los flujos de la planta piloto se igual el tiempo de residencia de laplanta industrial.

El tiempo de residencia, razn que se establece entre el volumen del mezclador yel flujo total de solucin que entra al mezclador, fue igualado en la planta piloto al valorobtenido en la planta industrial, de acuerdo a sus dimensiones. Con este criterio se

obtuvieron los flujos a utilizar en la entrada de solucin orgnica y en la entrada desolucin acuosa que corresponde al agua de reposicin para la planta piloto.

Se estableci lo siguiente:

TPlanta piloto = TPlanta industrial

IndustrialPlanta

IndustrialPlanta

pilotoPlanta

pilotoPlanta

hmQ

mV

hmQ

mV

_

_

3

_

_

3

)/(

.)(

)/(

.)(=

De acuerdo esto el tiempo de contacto ntimo de las partculas en la planta pilotosera el mismo que en la planta industrial. Se respetan para los clculos las mismasrazones O/A del mezclador, (real y operacional).

En la tabla siguiente se muestran los valores finales ocupados en eldimensionamiento respectivo:

43


44/107

Tabla 5: Prametros de diseo planta pi loto

PARMETROS MEZCLADOR PLANTA INDUSTIAL PLANTA PILOTOValor Unidad Valor Unidad

- Largo 8,20 (m) 30 (cm)- Ancho 3,70 (m) 30 (cm)- Alto 3,9 (m) 25 (cm)

- Volumen 118,33 (m3) 23 (L)- Flujo PLS 15 (m3/h) 0,048 L/min- Flujo Orgnico 1500 (m3/h) 4,75 (L/min)- Razn O/A 100,00 - 100 -- Tiempo de Residencia 4,7 (min) 4,7 (min)- Razn O/A operacional 0,9 - 0,9 -

4.4.2 Escalamiento de la agitacin del mezclador

La agitacin del mezclador se llev a cabo de dos formas, la primera fue igualar lasvelocidades tangenciales y se trabaj sobre este valor, sin embargo como se trataba deuna etapa de lavado en que la eliminacin de arrastres de partculas acuosas en lasolucin orgnica es muy relevante, se midieron las concentraciones de arrastresacuosos en la solucin orgnica, y se compar con la etapa de lavado de la plantaindustrial, obteniendo resultados similares.

Los resultados al igualar las velocidades tangenciales se muestran en la tablasiguiente:

Tabla 6: Dimensionamiento de la velocidad del agitador

MEZCLADOR PLANTA INDUSTRIAL PLANTA PILOTO- Dimetro de la turbina 172.5 (cm) 20 (cm)- Agitacin 55 (rpm) 474 (rpm)- Velocidad Tangencial 298 (m/min) 298 (m/min)- Razn O/A operacional 0,9 - 0,9 -

DECANTADOR PLANTA INDUSTIAL PLANTA PILOTO- Largo 29 (m) 67,5 (cm)- Ancho 28,0 (m) 30 (cm)- Alto 1,1 (m) 35 (cm)

- Area 812 (m2) 2.025 (cm2

)- Flujo especfico 1,87 (cm/min) 2,37 (cm/min)- Velocidad lineal orgnico 4,8 (cm/s) 0,2 (cm/s)- Altura de Orgnico en Extraccin 0,31 (m) 13 (cm)

Tiempo residencia celda 19,6 (min)

44


45/107

Se realizaron entonces pruebas pre-liminares de mediciones de arrastres acuososen la solucin orgnica una vez lavada, y se compararon con los datos industriales. Losresultados obtenidos se muestran en los grficos siguientes:

ARRASTRES DE ACUOSO EN ORGNICOCARGADO PLANTA INDUSTRIAL

0

100

200

300

400

500

600

700

800

17-jun 06-ago 25-sep 14-nov 03-ene

Fecha de muestreo

mg/L

WA

WB

WC

WD

Figura 28: Arrastres A/O Planta Industri al

Figura 29: Grfico arrastres A/O Planta piloto

ARRASTRES DE ACUOSO EN ORGNICO CARGADOPLANTA PILOTO

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4

Pruebas

mg/L

WA

WB

WC

WD

Figura 30: Arrastres A/O en Planta Piloto

Al observar ambos grficos, se puede apreciar que tanto para a planta industrialcomo para la planta piloto los arrastres de acuoso en la solucin orgnica cargada,

45


46/107

luego del lavado estn mayoritariamente dentro de un rango de 100 a 300 mg/L, por loque se consider un rango de agitacin escalado y representativo de la planta industrial.Si ahora se observa las concentraciones de SO4

2-, que es un trazador, y que es el datocon que se calculan los arrastres de acuoso en orgnico, obviamente se muestra unatendencia similar, comparando la planta industrial con la planta piloto (se observanconcentraciones mayoritarias entre 10 y 30 mg/L de SO4

2-).

CONCENTRACIN SO4= EN ORGNICO LAVADOPLANTA INDUSTRIAL AO 2006

0

10

20

30

40

50

30-jul 18-sep 07-nov 27-dic

Fecha muestreo

mg/L

WA

WB

WC

WD

Figura 31: Concentracin de Sulfato en la Planta Industrial

CONCENTRACN SO4= EN ORGNICOLAVADO PLANTA PILOTO

010

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4

Pruebas

mg/L

WA

WB

WC

WD

Figura 32: Concentracin Sulfato en Planta Piloto

Por lo tanto se consider una velocidad de agitacin entre 460 y 490 rpm.

46


47/107

4.5 Parmetros a mejorar: Selectiv idad del hierro y eficiencia de Lavado

Dos aspectos a mejorar en las pruebas de lavado a realizar fueron la selectividaddel cobre con respecto al hierro, medida despus de la etapa de lavado y la eficienciade lavado actual. Los valores obtenidos para estos parmetros en los meses en que

se realizaron las pruebas de lavado se presentan en los grficos siguientes:

SELECTIVIDAD CU/FE DESPUS DE ETAPA DE

LAVADO PLANTA INDUSTRIAL AO 2006

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5-ago

19-ago

2-sep

16-sep

30-sep

14-oct

28-oct

11-nov

25-nov

9-

dic

23-

dic

Fecha

Selectividad WA

WB

WC

WD

Figura 33: Selectividad despus de lavado en Planta Industri al

Se puede observar que para el segundo semestre del ao 2006, fecha derealizacin de las pruebas en la planta piloto, la selectividad despus de lavado tieneuna razn promedio para todos los trenes de 1.610.

Adems la etapa de lavado a la fecha de las pruebas, mostr las siguienteseficiencias:

47


48/107

EFICIENCIA DE LAVADOPLANTA INDUSTRIAL AO 2006

01020304050

607080

27-jul

16-ago

05-sep

25-sep

15-oct

04-nov

24-nov

14-dic

03-ene

Fecha

Eficiencia

[%]

Tren A

Tren BTren C

Tren D

Figura 34: Eficiencia de Lavado ao 2006

Al observar las tendencias de la eficiencia, para todos los trenes, estas fluctanentre un 40% y un 70%.

4.6 Eficiencia de Mezclado

Para lograr tener la misma eficiencia de mezclado existente en el proceso, un 93-98%, se realiz una prueba de laboratorio de la misma forma en que se mide laeficiencia de mezclado en la planta industrial. Es una eficiencia relativa, ya que dependede una prueba de laboratorio llamada prueba de equilibrio al que se le da valor 100% yse contrasta con valores obtenidos en la planta industrial para la concentracin de Cu2+.En este caso se contrast con valores obtenidos en la planta piloto. Los resultados se

muestran a continuacin:

Tabla 7: Concentracin Inicial de Agua de Lavado por Tren

Tren Cu [g/L]A 32,4B 37,8C 41,3D 44,6

Tabla 8: Prueba de equilibrio en laboratorio, soluc in acuosa decantada Luego de mezclar por 5minutos segn procedimiento de laboratorio.

Tren Cu [g/L]A 34,6B 39,3C 42,3D 45,5

48


49/107

Estos valores fueron considerados como 100% de eficiencia en el mezclado y secontrastaron con las muestras tomadas para las pruebas con los parmetros a utilizaren la planta piloto. Se obtuvieron los resultados siguientes:

EFICIENCIA DE MEZCLADO PLANTA PILOTO

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4

N de pr uebas

Eficiencia[%]

Tren A

Tren B

Tren C

Tren D

Figura 35: Eficiencia de Mezclado Planta Piloto

Se puede observar que para casi todas las pruebas realizadas las eficiencias demezclado fueron superiores a 93% lo que coincide con los resultados industriales.

4.7 Reactivos util izados en el proceso

4.7.1 Sistema Orgnico

Al igual que en la planta industrial de la SCM El Abra, en la realizacin de laspruebas piloto se utilizaron los mismos reactivos. Con el fin de compensar selectividad,extraccin y descarga se utiliza una mezcla de aldoximas y cetoximas comerciales dela empresa Cognis que en general presentan la reaccin siguiente [Ref 6]:

2RH(ORG) + Cu2+ R2Cu(ORG) + 2H

+(AQ)

Aldoxima: LIX 612 LNV

Es un extractante diseado para plantas que requieren una buena selectividad

Cu/Fe, y utiliza un modificador de fase que tiene una viscosidad ms baja que muchosotros extractantes por lo que aumenta muy poco la viscosidad del orgnico. Comomuestra la ecuacin anterior estos reactivos son pH dependientes. Algunaspropiedades para pruebas estndar que se tienen las siguientes:

49


50/107

Tabla 9: Propiedades LIX 612 LNV COGNIS

PROPIEDADES FSICASGravedad Especfica (25C) 0.91-0.93Punto de Fusin Mayor a 160FSolubilidad del complejo de cobre >30 g/L Cu a

25C

ESPECIFICACIONESMxima carga de cobre > 5,5 g/L CuIsoterma de extraccin > 4,65 g/L CuCintica de extraccin > 95% (30 s)Selectividad Cu/Fe > 4000Separacin de fases < 70 seg.Transferencia de Cu > 2,85 g/L CuCintica de re-extraccin (stripping) > 95% (30 s)Separacin de fases en la re-extraccin < 80 segundos

Cetoxima: LIX 84-IC

Es una oxima acuosa insoluble en una mezcla con un diluyente hidrocarbono queposee un alto punto de fusin. Su reaccin es la misma que se muestra para laaldoxima, por lo que tambin es pH dependiente. Es especialmente diseada para queel stripping o la descarga en soluciones cidas sea ptima.

Tabla 10: Propiedades LIX 84IC COGNIS

PROPIEDADES FSICASGravedad Especfica (25C) 0,945-0,965Punto de Fusin Mayor a 170F

Solubilidad del complejo de cobre >30 g/L Cu a 25CESPECIFICACIONES

Mxima carga de cobre 4,7-5,0 g/L CuIsoterma de extraccin > 3,65 g/L CuCintica de extraccin > 90% ( 60 s)Selectividad Cu/Fe > 2000Separacin de fases < 60 s.Transferencia de Cu > 3,30 g/L CuCintica de re-extraccin (stripping) > 90% (30 s)Separacin de fases en la re-extraccin

< 80 segundos

Para este extractante se muestra en la siguiente figura la isoterma de extraccin,que se puede apreciar la co-extraccin del cobre y del hierro a un pH = 2, donde seencuentra la mxima extraccin de cobre, por lo tanto en la planta industrial se manejanestos rangos de acidez.

50


51/107

Figura 36: Isoterma de extraccin para LIX 84IC

En El Abra se utilizan actualmente una combinacin de aldoximas y cetoximasperteneciente a la empresa Cognis, que combina la alta fuerza extractiva y la cinticarpida de las primeras, con las excelentes caractersticas fsicas de operacin yestabilidad de las cetoximas, y posee entre otras caractersticas una buena selectividadCu/Fe. La mezcla utilizada y los nombres comerciales se muestran en la tabla siguiente:

Tabla 11: Mezcla de extractantes uti lizada en la SCM El Abra

Extractante Proporcin Nombre ComercialAldoxima 42% LIX 84I (Nonil Cetoxima)Cetoxima 58% Lix 860 ni (Nonil Aldoxima)

Para disminuir la viscosidad del extractante, la operacin utiliza el diluyente de laEmpresa Shell, conocido comercialmente como Shell Soil 20462.

4.7.2 Sistema Acuoso

El sistema acuoso en la etapa de lavado corresponde al agua de lavadopropiamente tal, para lograr los objetivos del lavado cruzado, se utiliz la misma calidadde agua de lavado de la planta industrial, es decir agua con 75 mg/L de cloro.

Para lograr la acidez necesaria, y una concentracin de cobre determinada (paralograr posteriormente la saturacin) el agua se mezcl con distintas proporciones deelectrlito pobre de forma de tener concentraciones de 90 g/L y 30 g/L de cido en elsistema.

2 Ficha tcnica en Anexo

51


52/107

4.8 Construccin de curvas de extraccin y curvas de coeficiente dedistribucin.

Se realizaron pruebas de laboratorio para encontrar las curvas de extraccin ycurva de coeficiente de distribucin v/s pH. Estas pruebas permitieron comprobarexperimentalmente que para la combinacin de extractantes que se utilizan en la planta

industrial, el cobre (Cu

2+

) se comienza a extraer a un menor pH que el hierro, o sea queel punto para el cual la ecuacin de extraccin de cobre comienza a desplazarse haciala izquierda, se logra a un menor pH que para la ecuacin de extraccin de hierro.

Las pruebas se realizaron con PLS sinttico y con PLS de planta, se hicierontransferencias a distintos pH y ambas arrojaron resultados similares.

Los resultados obtenidos se muestran a continuacin:

Coeficiente de distri bucin PLS de Planta

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

pH

CoeficientedeDistribucin

D Cu(II)

D Fe(III)

Figura 37: Coeficiente de Distribuc in, para PLS planta

52


53/107

Coeficiente de Distribucin PLS sinttico

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5

pH

CoeficientedeDistribucin

D Cu(II)

D Fe(III)

Figura 38: Coeficiente de Distribucin, PLS sinttico

En ambos grficos de coeficiente de distribucin v/s pH, se observa el mismo efecto,que el equilibrio (D=1) se logra a un menor pH para el cobre que para el hierro, por lotanto en una etapa de lavado con solucin acuosa cida, (que se podra asimilar a unaetapa de re-extraccin), la solucin de lavado se saturara por cobre en primerainstancia y posteriormente por hierro. Esto quiere decir que para rangos de pH= 0,7-0,8(DCu=1) a pH= 1,3-1,5 (DFe=1) es posible seguir re extrayendo hierro cuando el agua delavado est ya saturada de cobre tal Como se observa en el grfico anterior.

4.9 Anlis is Qumico

Para la realizacin de los anlisis qumicos enlaboratorio, se consideraron lassiguientes metodologas de anlisis por especies3:

3Datos aportados por el Laboratorio Qumico de SCM El Abra

53


54/107

Tabla 12: Tipo de anlisis realizado en Laboratorio

SOLUCIN ORGNICAEspecie Anlisis

Cu2+ Absorcin atmica (con espectrofotmetro molecular)

FeTotal Absorcin Atmica (con espectro

fotmetro molecular)Arras tres A/O anlisis de SO4

2- (mtodo sulfato)SO4

2- GravimetraSOLUCIN ACUOSA

Especie AnlisisCu2+ VolumetraFe2+ Volumetra

Fetotal Absorcin atmicaFe3+ Diferencia Fet y Fe2+

Cl- Volumetra y Absorcin atmicaH2SO4 Volumetra

pH pH-metro digitalMn2+ Absorcin atmica

T Termmetro digital

4.10 Mtodos de clculo y balances

Para la realizacin de los clculos y balances se sigui la siguiente metodologa:

- Cuando se trat de cifras estadsticas dadas por el historial de la Planta Industrial,se consideraron promedio simples, sin considerar el 10% de los valores extremos;adems para que se pudieran comparar los valores obtenidos en la Planta Pilotocon los valores obtenidos en la Planta Industrial, se consider los mismos meses enque la Planta Piloto oper.

- Los balances finales de las pruebas corresponden para el caso de hierro a los datosobtenidos por la solucin orgnica, debido a que sus anlisis son de mayorexactitud, al ser cifras muy pequeas (del orden de mg/L).

- Los balances de cobre fueron hechos segn los resultados de la solucin acuosa,debido a la importancia del aumento de cobre en esta solucin a la salida delsistema.

- Las Eficiencias fueron calculadas como:

100*alValorInici

ValorFinalalValorInici =

54


55/107

- La Razn de Selectividad Cu/Fe fue calculada de acuerdo a la metodologa delLaboratorio de SCM El Abra como:

orgfaseIIIFeinConcentrac

orgfaseCuinConcentracRS

__)(_

___= *1000

- Para considerar los valores netos de concentracin de cobre y hierro en la solucinorgnica descargada se establecieron los valores promedios de concentracin decobre y hierro durante el periodo de pruebas, esto fue de [Cu2+]= 1,9 g/L, y [FeT]=1,1 mg/L.

- Anlisis econmico detallado en el captulo de anexos.

5 RESULTADOS

5.1 Puesta en Marcha de la Planta Piloto

Para la realizacin de las pruebas de lavado, se debi poner en correctofuncionamiento la planta piloto, para eso se debi ajustar los flujos, medir velocidadesde agitacin, preparar las soluciones a utilizar y considerar los requerimientos deseguridad necesarios para operar.

5.1.2 Pruebas de estanquidad

Antes de comenzar a operar la planta piloto se realizaron dos pruebas deestanquidad, con el fin de asegurar que no hubiese filtraciones tanto en estanques,celdas y uniones de mangueras con material plstico. Para la realizacin de las pruebasde estanquidad se llenaron los estanques y las celdas con agua industrial en un 90%aproximadamente y se hicieron funcionar las bombas por 5 minutos, de forma tal quelas mangueras quedaran con agua, posterior a esto se dej el sistema en reposodurante 10 horas y se comprob filtraciones en el sistema. Se repararon, se repiti laprueba y se obtuvieron los resultados deseados: sin filtraciones.

5.1.3 Pruebas hidrulicas

Para comprobar el correcto funcionamiento de la planta piloto se consider una seriede pruebas hidrulicas con el fin de que hubiese un correcto funcionamiento de losequipos, tanto de bombas como de mezcladores, se realizaron 3 pruebas hidrulicas,en que se llenaron todos los estanques y las celdas con agua industrial, se puso enmarcha la planta y se observ el comportamiento de algunos parmetros esenciales. Elconjunto de pruebas incluy:

55


56/107

- Comprobacin del funcionamiento de bombas y flujos.- Comprobacin de mezcladores y velocidades angulares.- Comprobacin del estado general de la planta.

5.1.3.1 Comprobacin de bombas y flu josEl correcto funcionamiento de las 5 bombas que componen la planta requiri de una

correcta instalacin del tablero elctrico, lo incluy cambio a enchufes tipo Legrand porrazones de seguridad y aislamiento de los cables para evitar contactos con lassoluciones empleadas.

La capacidad de impulsin mxima de las bombas era muy superior a la necesaria(13,6 L/min) segn los clculos de escalamiento de la Planta Piloto (4,75 L/min), poresta razn las recirculaciones existentes a la salida de los estanques jugaron un rolfundamental al momento de regular los flujmetros.

En primera instancia, con los decantadores vacos, la zona de mezcla de las celdasa un 25% de su capacidad con agua industrial y los estanques de agua de lavado y desolucin orgnica completos en capacidad, se procedi a accionar los mezcladores ylas bombas una a una, segn trenes A, B, C, D y bomba de agua de lavado, con unadiferencia de 15 minutos por cada tren, se abrieron las recirculaciones de los estanquesa un 100% y con la vlvula del flujmetro se procedi a controlar el flujo que entraba acada celda segn escalamiento. Las bombas fueron dejadas en funcionamiento por 3horas, llenando de agua cada 20 minutos los estanques. Se logr una estabilizacin delos flujos.

La bomba del agua de reposicin a diferencia del resto tena un funcionamiento dediafragma con una regulacin de flujo de 0 a 100 cm3/min. Sin embargo, para que sutrabajo fuera el esperado se comprob el flujo mediante una probeta y un cronmetro.

56


57/107

5.1.3.2 Comprobacin de mezcladores y velocidades angulares

Mediante un tacmetro digital se regularon las velocidades angulares de los 4mezcladores. Para lograr el objetivo, una vez que las celdas se encontraban a un 50%de su capacidad con agua, se dio marcha al funcionamiento de los mezcladores y seprocedi a regular las velocidades. Dos personas debieron de participar en la prueba,

debido a que un operador deba controlar en el panel elctrico los variadores develocidad que posean los mezcladores y la otra persona deba controlar la velocidadmediante el tacmetro digital, directamente en la celda. Se logr as obtener un rangoentre 460 y 490 rpm, sin embargo por las variaciones obtenidas en las mediciones sedecidi controlar y estabilizar este parmetro cada vez que se realizara una de laspruebas de lavado posteriores, se verific adems que los mezcladores lograrnimpulsar y lograr la succin hacia la celda las soluciones que procedan de la etapaanterior (segn el circuito de lavado) y la solucin que venia de los estanques.

5.1.3.3 Comprobacin del estado general de la planta

Ya con los flujos y las velocidades angulares reguladas y controladas se procedi arealizar una prueba general de la planta, funcionando con agua industrial, se procedide la siguiente forma:

a) Llenado de estanques

b) Verificacin de vlvulas:- Vlvulas de paso de soluciones abiertas.- Vlvulas de recirculacin de estanque abierta.- Vlvula de recirculacin de solucin orgnica y acuosa cerradas.- Vlvulas de evacuacin de soluciones cerradas.

c) Accionamiento de la bomba de agua de reposicin y medicin de flujos con probetay cronmetro.

d) Accionamiento de bomba correspondiente al lavado del tren A, verificacin de flujo.

e) Accionamiento del mezclador correspondiente al lavado A y verificacin de velocidadangular mediante tacmetro digital.

f) Una vez en funcionamiento la etapa A se procedi de igual forma a accionar elfuncionamiento de la etapa B, posteriormente C y D.

g) Se llenaron los estanques peridicamente y se mantuvo en funcionamiento la plantacon todas sus etapas en forma simultnea por dos horas.

57


58/107

5.1.4 Puesta en marcha

La puesta en marcha de la planta se realiz segn procedimiento creadoespecialmente para operar. Se realiz en 8 horas de trabajo continuo e incluy losiguiente:

a) Se energiz el sistema.b) Se comienzaron a llenar los estanques de solucin orgnica, con sus respectivas

vlvulas de salida cerradas, cada 15 minutos se repiti este procedimiento de talmodo d

Hernandez m

Documents

Transcript of Hernandez m