Fundamentos de Hidrometalurgia: Lixiviación, Biolixiviación y Electrometalurgia del Cobre
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Hidrometalurgia: Fundamentos y Procesos Clave
La hidrometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva que utiliza soluciones acuosas para la recuperación de metales a partir de minerales. A continuación, se detallan algunos de sus procesos fundamentales.
Aspectos Generales de la Hidrometalurgia
- Ch1: Introducción a los principios hidrometalúrgicos.
- Ch2: Métodos de separación y purificación.
- Ch3: Aplicaciones industriales y desafíos.
Lixiviación (LX)
La lixiviación es el proceso de disolución de metales valiosos de un mineral mediante un agente lixiviante.
Etapas de la Lixiviación y Extracción por Solvente (SX)
- Lixiviación (LX): Disolución del metal.
- Extracción por Solvente (SX):
- Extracción
- Reextracción
- Recuperación del Metal:
- Electrodeposición
- Cementación
Tipos de Lixiviación
- Lixiviación en Pilas: Método común para minerales de baja ley.
- Lixiviación en Baterías: Ya no se utiliza ampliamente.
- Lixiviación por Agitación: Empleada para material fino en minería.
- Lixiviación en Columnas: Utilizada para pruebas y procesos específicos.
Procesos Fundamentales de Lixiviación
El fundamento de la lixiviación es contactar un agente lixiviante con el mineral para disolver el metal de interés. Los procesos clave incluyen:
- Irrigar
- Impregnar
- Percolar
Tipos de Pilas de Lixiviación
Pilas Permanentes
Antes de cargar la pila, se impermeabiliza el suelo. Luego, se carga colocando una geomembrana de HDPE (Polietileno de Alta Densidad) para proteger el subsuelo.
El proceso de carga de la pila incluye:
- Irrigar
- Impregnar
- Percolar
- Lavado
- Excavar ripios (material agotado)
Pilas Renovables
Se utiliza la pila y luego se renueva, lo que implica excavar y cargar en el mismo lugar.
Pilas Estáticas
Similar a la pila renovable, pero se utiliza un solo módulo.
Pilas Dinámicas
Consisten en una sola pila con diferentes módulos. Cada módulo realiza procesos distintos, lo que permite una mayor velocidad de operación.
Preparación del Mineral para Lixiviación
La preparación física y química del mineral es crucial para una lixiviación eficiente.
- Aglomeración: Proceso que combina un ligante con un aglutinante (generalmente H2SO4 + H2O) para formar aglomerados que mejoran la permeabilidad.
- Curado: Humectación del mineral aglomerado para prepararlo químicamente y optimizar la reacción con el agente lixiviante.
Biolixiviación: Recuperación de Metales con Microorganismos
La biolixiviación es un método que emplea microorganismos (bacterias) para el tratamiento de minerales sulfurados, permitiendo la disolución de metales valiosos.
Mecanismos de Disolución Bacteriana
La disolución por acción bacteriana puede ocurrir de dos maneras:
- Directamente: Por el metabolismo del propio microorganismo.
- Indirectamente: Por algún producto de su metabolismo (ej. ácido sulfúrico o iones férricos).
Bacterias Clave en Biolixiviación
La extracción de metales se basa en la oxidación de sulfuros con bacterias de tipo Thiobacillus ferrooxidans o Thiooxidans (TF o TT). Estas bacterias están presentes en procesos industriales y en aguas mineras.
- Termófilas: Bacterias que operan a altas temperaturas y son utilizadas para tratar minerales como la calcopirita y la enargita.
Clasificación de Bacterias
Las bacterias pueden clasificarse según su modo de nutrición y respiración:
Por su Modo de Nutrición
- Autotróficas
- Heterotróficas
- Mixotróficas
Por su Modo de Respiración
- Aeróbicas
- Anaeróbicas
- Facultativas
Las bacterias que catalizan reacciones de oxidación se conocen como quimiolitoautotróficas. Tienen la capacidad de desarrollar su metabolismo energético mediante el intercambio de electrones.
Electrometalurgia: Procesos Electroquímicos para el Cobre
La electrometalurgia abarca los procesos de recuperación y purificación de metales mediante técnicas electroquímicas.
Electro-obtención de Cobre
Es la recuperación del cobre metálico a partir de una solución en una celda electroquímica. Se realiza en una celda compuesta por:
- Cátodo: Una lámina delgada de cobre o de acero inoxidable, donde se recupera el cobre.
- Ánodo: Una placa de una aleación de plomo, que debe ser inatacable para evitar la contaminación de la solución.
Electro-refinación de Cobre
Proceso de purificación del cobre mediante disolución anódica y posterior recuperación sobre un cátodo por vía electroquímica.
Las celdas de electro-refinación suelen contener alrededor de 50 ánodos (con una duración de 24 a 28 días) y 51 cátodos (con una duración de 12 a 14 días).
Electrólisis y Eficiencia
Para la electrólisis, es necesario aplicar entre los electrodos una diferencia de potencial mínima. Para la obtención en condiciones estándar, esta diferencia es de 1,23 - 0,34 = 0,89 V.
La electrodeposición (ED) disminuye la concentración ácida y aumenta la concentración del ion Cu2+ en la solución.
La extracción por solvente permite obtener cobre mediante electro-refinado y lograr altas concentraciones de cobre y ácidos, optimizando el proceso electrometalúrgico.
Pérdidas de Eficiencia de Corriente
Las pérdidas de eficiencia de corriente en los procesos electrometalúrgicos se deben a:
- Fugas de corriente (aprox. 1%)
- Disolución química de cobre
- Cortocircuitos: Problemas en la homogeneidad que permiten el paso de corrientes sin producir ninguna transformación electroquímica, degradándose en calor.