5/16/2018 Cap 9 Lixiviacion de Minerales Oxidados - slidepdf.com
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CAPITULO NUEVE
l.ixiviacion de Minerales Oxidados
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Lixiviacion d e M in era les Ox id ados. . . :: -
En general. se consideran como minerales oxi-
dados a todos aquellos que integran en su formula
qui mica el oxigeno como elemento constitutivo prin-
cipal. Esta particularidad les otorga una especial fa-
cilidad para su dlsolucion en soluciones acidas 0
alcalinas. Por analogia en relaclon a este comporta-
miento metalurqico. en esta categoria tarnbien se
incluyen a los halogenuros.
Por 10 tanto. quedan fuera de esta definicion:
• los minerales que contienen metales nativos,
cuyo comportamiento frente ala llxtvlacion se anal izo
con detalles en el Capitulo 8, que precede al actual. y
• las especies minerales genericamente deno-
minadas como sulfurados. que comprenden a los
sulfuros y arseniuros. con la particularidad de estar
exentos de oxigeno. Su comportamiento frente la
llxlviacion se vera en el siguiente Capitulo 10.
Los mineralesoxidados pueden clasificarse sequn
una de las siguientes tres maneras de disolverlos:
a) en ausencia de agentes modificadores del
potencial de oxidecion;
b) en presencia de agentes oxidantes; y
c) en presencia de agentes reductores.
Cada una de estas tres formas de disoluci6n pue-
de analizarse a traves de algu nos de sus ejemplos de
aplicaclon mas relevantes.
_ CAPITULO N u ' v ' 9
9.1.- Lixiviaci6n de Minerales
Oxidados en Ausencia de
Modificadores Redox
EI caso de llxiviaclon de minerales oxidados en
ausencia de agentes modificadores del potencial de
oxkieclon puede revisarse a traves del anal isis de los
siguientes casos que son representativos de esta for-
ma de disoluci6n:
• bauxita. AI(OH)3' con soda (NaOH);
• casiterita. Sn02' con sulfuro de sodto (Na2S);
• minerales oxidados de cobre en medio de
acldo sulfurico (H2S04);
• minerales oxidados de cobre en medio
amoniacal (NH40H);
• minerales oxidados de cobre en medio cianu-
ro alcalino (NaCN);
• lateritas. NiO en matriz de Fe203' en medio de
acido sulfurtco (H2S04);
• pirolusita, Mn02' y nodules de manganeso en
medio acido (H2S03);
• oxides y calcinas de zinc. ZnO. en medio de
actdo sulfurico:
• oxides y calcinas de zinc. ZnO. en medio alcalino; y
• 6xidos complejos: ilmenita (6xido de trtanio),
cromita (oxide de crorno). scheel ita (oxide de
tunqsteno), etc.
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 227
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9.1.1.- l.ixiviacion de Bauxita con
NaOH
La bauxita corresponde al mas abundante de los
mineralesoxidados de aluminio. Enrealidad se trata de
un hidroxido de aluminio cuyo grado de hldratacion es
variable sequn elyacimiento deorigen de lamateria pri-
ma.Asi, los minerales que se lixivian con mas facilidad
corresponden a las bauxitas tri-hidrato 0 "qibbsitas".
cuya formula esAI(OH)3 (equivalente a: AI203*3H20),
es decir,se trata del hidroxido de aluminio. Encarnbio.
C APIT ULO N UE VE ;-,
las bauxitas monohidrato, que contienen el aluminio
como "boehmlta" 0 "diaspore". tienen la formula
AIO.OH (equivalents a AI203*H2Q), y responden con
mayor resistencia a la lixiviacion.
La lixivlacton de la bauxita se realiza en condi-
ciones de temperatura y presion elevadas, usando
soda (NaOH) como agente disolvente. Se conoce
qenerlcamente con el nombre de "ProcesoBayer".
EI proceso de digestion con soda fue desarrollado
en 1892 por Karl Josef Bayer y corresponde a uno
de los hitos de la Hidrometalurgia moderna. Setra-
ta de producir alumina. A1203,a partir del mineral de
o
- -_ 02
1 Hp - -- - - - -- - - - - --
- -A I0 2-
- -h - soluble
[volts] - - -13+ - -oluble -- -1 AIP3 -- - _ H
2O
equivalente a -I(OH)3 H2
-2
7
pH
14
Figura 9.1.- Diagrama Eh/pH del sistema aluminio-agua. a 25°C, y con una actividad de los iones de 10-3
mol/kg.
228 Esteban M. Domic M.
- .
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l IXIVIAClON DE M IN ER AlE S O XID AD OS
bauxita. Posteriormente. la alumina es usada. a su
vez, como materia prima para la produccion direc-
ta de aluminio en una celda de reduccio n
electrolitica en un medio de sales fundidas. Esa
segunda parte del procesamiento del aluminio es
denominada "Proceso de Hell-Herault", y fue de-
sarrollada casi simultaneamente. en 1894. por Paul
Heroult, en Francia y por Charles Martin Hall, en
EEUU.
Es interesante destacar que la bauxita es una
sustancia anfotera, es decir, tiene la particularidad
de disolverse tanto en un acido como en un alcali.
Esto se aprecia con claridad en el diagrama Eh/pH
que se presenta en la Figura 9.1. De esta manera,
la disolucion puede realizarse tanto en medio aci-
do como en medio alcalino, es decir, las siguientes
dos reacciones son igualmente posibles.
AICOH)3 + 3H + ~ AI 3+ + 3H20
AICOH)3 + OH ~ AICOH)4-
Cotarnbien AI02 - * 2CH20))
Sin embargo. el proceso inventado por Bayer
tiene una preferencia por la via alcalina. ya que el
habia descubierto, en 1887. que al precipitar
AICOH)3 desde soluciones alcalinas se formaba un
precipitado cristalino, facil de filtrar y de lavar, que
quedaba as! libre de impurezas con facilidad. En
cambio. al precipitarlo desde soluciones acid as, el
producto es gelatinoso y dificil de filtrar y lavar.
Normalmente, la bauxita es chancada y lavada
para remover las particulas finas de arcillas.
Luego es secada por debajo de la temperatura de
deshidratacion de los hidroxldos de aluminio en un
horno rotatorio - para no perjudicar sus propieda-
des de lixtviabllidad - y seguidamente es molida en-
tre -60 y + 100 mallas. EI secado es esencial para
lograr ese grado de molienda. Luego. la bauxita
mol ida es alimentada a los reactores autoclaves
para ejecutar la l ixiviacion 0 digestion con NaOH.
Los autoclaves son de acero corriente, provistos
de inyeccton directa de vapor para lograr la aqitacion
de la pulpa y el calentamiento del reactor. Los resi-
duos de la lixivlacton de bauxita contienen oxides de
Fierro (Fe20), de titanio CTi02) y silice CSi02), con un
pronunciado color rojo Cprincipalmente por los oxides
de fterro). 10que hace que se los conozca como "red
mud"Clodos rojos).
Las reacciones de lixiviacion (diqestion) en el
proceso Bayer son. sequn la calidad de la bauxita que
se este tratando, como sigue:
AICOH)3 + NaOH ~ NaAICOH)4
AIO*OH + NaOH + H20 ~ NaAICOH)4
Este producto, que es un hidroxido doble de sodio
y aluminio. puede tarnbien escribirse en forma equi-
valente como: NaAI02 * 2H20 y. asi. recibe el nombre
de "alummato de sodio".
Inmediatamente a la salida de la llxtvlacion, las so-
luciones supersaturadas de aluminato de sodio son so-
rnetidas a precipitacion por enfriamiento controlado,
primero desde los 99°C de salida hasta 76°C. Simulta-
neamente, a las soluciones se les agregan cristales de
AICOH)3 que actuan como semillas de la precipitacion:
se continua bajando la temperatura y,finalmente.luego
de hacer crecer los cristales de hrdroxido de aluminio.
estes se separan de la solucion madre de NaOH, laque,
previo ajuste de concentraciones, se hace regresar a la
etapa de digestion. La prectpitacton es simplemente:
NaAI02*2H20 ~ AICOH)3 + NaOH
Los cristales de hidroxido de alurninio. AICOH)3' 0
"hidratos", se clasifican y se filtran. para proceder a
continuaclon a su calcinacion (deshidratacton). 10que
Hidrornetalurgia: lundamentos. procesos yapiicaciones 229
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C APITU LO N UE VE -i )'S
Tabla 9.1.- Condiciones tipicas de lixiviaci6n para diferentes calidades de bauxita usando NaOH
Mineral izacton Temperatura Presion Concentracton de NaOH Tiempo reaccion
[OCl [kPa / psi / atrnl [g/Il [hl
AICOH)3•gibbsita 140 400 / 60/ 4 140 1
AIO"OH •boehmita 180 800 /120/ 8 350 - 600 2-4
AIO"OH •diaspora 180 800 /120/ 8 350 - 600 2-4
permite obtener el producto puro de alumina, AI203
Esdecir:
2AICOH)3 + calor ---7 AI203 + 3H20
Las condiciones de operacion que se requieren
en la digestion son mas moderadas al usar las
bauxitas mas hidratadas, como se aprecia en laTabla
9.1. A pesar de que una mayor concentraclon de
NaOH acelera lavelocidad de disolucion, no siempre
es deseable usar excesivo NaOH, ya que este
requiere una mayor dilucion en las eta pas posterio-
res de precipttacicn. 1 0 que acarrea dificultades por
un excesivo volumen a manejar y un filtrado mas
complejo. De esta manera. se busca un adecuado
compromiso entre las respectivas cineticas de di-
gestion y las condiciones de operaclon de las eta-
pas posteriores de preclpttaclon.
Laalumina,AI203 -que esel producto final de esta
planta -constituye. a suvez.la alimentaci6n ala unidad
de recuperacion electrollttca, para su procesamiento
mediante electr61isis en un medio de sales fundidas,
del cual se obtiene, finalmente, el aluminio. Por esta
razon, esta segunda unidad tiende a ser ubicada en
lugaresproxtrnosa Fuentesde energia naturales,usual-
mente de tipo hldroelectrico. independiente de donde
provenga la bauxita 0 la alumina.
230 EstebanM. Domic M.
- .
Tal es la situacion, por ejernplo. del interesante
proyecto Alumysa, estudiado por la cornpafiia ca-
nadiense Noranda, desde hace tiempo, para ser
ubicado en las proximidades del rio Baker, en
Aysen. junto a otras potenciales Fuentes de ener-
gi a hidroelectrica cercanas que, de otro modo, ten-
drian un dificil aprovechamiento para Chile.
9.1.2.- l.ixiviacion de Casiteritacon Sulfuro de Sodio
Lacasiterita corresponde al mas abundante de los
minerales oxidados de estafio. La casiterita natural,
Sn02' es cristalina y dificil de disolver, sea en acidos 0
en alcalis. Para lixiviarla, es frecuente transformarla via
tuesta reductora a SnO y aslse disuelve facllmente.
Sin embargo, el tratamiento directo del Sn02
tarnbien es posible. Un concentrado de casiterita na-
tural puede ser lixiviado a presion y temperatura -
400°C - en una solucion de sulfuro de sodio
C200g/I Na2S) en medio alcalino de hldroxldo de
sodio (25 g/I NaOH). Asi. se tiene:
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lIX IV IACION D E M IN ERA lES OX ID ADOS
1 0 0 . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - , . - - - - - - - .
Sn02disuelto en
2 horas 50
[%]
Tiempo: 2 horas
o ~ - - - - ~ ~ ~ ~ - - - - - - - - ~ ~ - - - - - - - -200 400 [ 0G]
Temperatura
Figura 9.2.- Efecto de la temperatura sobre la lixlvlacion de un concentrado de
casiterita natural.
Sn02disuelto en
1 /2 hora 50
Tiempo: 1 /2 hora
[%]
o 200 400 [gIl]
Figura 9.3.- Efecto de la concentracion de Na2S en la disoluclon de la casiterita.
Hidrometalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones 231
----------
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CAPITULO NUEVE
Tabla 9.2.- Principales especies minerales de cobre de importancia economica, agrupadas
segun su ubicacion en el yacimiento, incluyendo su composicion quimica mas frecuente.
Zona mineralizada Especie rnineraloqica Cornposicion mas frecuente para est a especie Cobre (%)
Zona Cobre nativo Cuo 100
oxidada Malaquita CuC03*CuCOH)2 0 CU2C03COH)2 57,5
secundaria Azurita 2CuC03*Cu(OH)2 0 CU3(C03)2(OH)2 55,3
Chalcantita CuS04*5H2O 25,5
Brochantita CuS04*3CuCOH)2 0 CU4S0iOH)6 56,2
Antlerita CuS04*2CuCOH)2 6 CU3S04(OH)4 53,7
Atacamita 3CuO*CuCI2*3H2O 6 CU2CICOH)3 59,5
Crisocola CuO*Si02* H20 0 CuSi03*H2O 36.2
Dioptasa CuSi02(OH)2 40.3
Neotocita (Cu, - Fej- Mnk)Si03 variable
Cuprita CU20 88,8
Tenorita CuO 79,9
Pitch / Limonita CFe -Cuj)02 variable
Delafosita FeCu02 42,0
Copper Wad CuMn02Fe variable
Copper Pitch CuMn8FeSi02 variable
Zona de Calcosina CU2S 79.9
enriquecimiento Digenita CugSs 78,1
secundario Djurleita CU1,95.xS variable
(o superqeno) Covelina CuS 66.5
Cobre nativo Cuo 100
Zona primaria Calcopirita CuFeS2 34,6
(0 hipoqenal Bornita CU5FeS4 63,3
Enargita CU3AsS4 48.4
Tenantita CU12As4S13 51,6
Tetrahedrita CU12Sb4S13 45.8
Nota: Esta es la misma informacion antes presentada en el Capitulo 7, con el nombre de Tabla 7_t,
232 Esteban M. Dornic M.
- .
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lIX IV IACION DE M INERAlES OXID ADOS
Sn02 + 3 Na2S + 2 H20 -+
-+ Na2(SnS3) + 4 NaOH
Sn02 + 4 Na2S + 2 H20 -+
-+ Na4(SnS4) + 4 NaOH
EI hldroxldo de sodio debe agregarse desde un
comienzo a la solucion de sulfuro de sodio para evi-
tar las reacciones de hidrolisis del ion sulfuro:
S2- + H20 -+ HS + OH
HS- + H20 -+ H2S + OH
En la Figura 9.2, se observa el efecto de la tempera-
tura sobre el grado de disolucion de la casiterita. En la
Figura 9.3 se muestra el efecto de la concentracion del
reactive. Na2S, cuando la hxtviacion se realiza a 400°C.
9.1.3.- Lixiviacion de Minerales
Oxidados de Cobre en Medio Acido
Los principales minerales oxidados de cobre de
interes en Hidrometalurgia se presentan en la Tabla
9.2, donde tambien figuran los sulfuros mas corrien-
tes. todos ellos ordenados de acuerdo a la zona de
oxidaclon a que pertenecen en el yacimiento. Esta
informacion ya se habra presentado antes, en el
Capitulo 7, con el nombre de tabla 7.1.
De acuerdo a 1 0 que se observa en ese listado, se
puede apreciar que existen en ella minerales oxidados
Tabla 9.3.- Velocidades de disoluci6n de las principales especies de cobre, a 25°C, al ser
expuestas a una soluci6n de acido suliurico diluido, ordenadas segun sus cineticas relativas.
Cinetica Relativa Tiempo de Referencia Especies Minerales de Cobre en Esta Categoria
Muy Hapida segundos a minutos carbonatos (malaquita, azurlta),
a temperatura arnblente) disolucion es completa sulfatos (chalcantlta, brochantita y antlerita)
y cloruros (atacamite)
Hapida horas oxides cupricos (tenorita) y
(requiere mayor acidez) disolucion es completa silicatos (crisocola y dioptasal
Moderada dias a semanas cobre nativo. oxides cuprosos
(requieren oxidante) disolucion puede no ser completa (cuprita, delafosita) y algunos silicatos y
oxidos complejos con manganese
(neotocita. copper wad y copper pitch)
Lenta semanas a meses sulturos simples (calcosina. digenita,(requieren oxidante) disoluci6n puede ser incompleta djurleita, covellna)
Muy Lenta anos sulfuros complejos (born ita, calcopirita.
(requieren oxidants) disolucion es incompleta enarg ita, tetrahedrita)
Nota: Esta es la misma informacion anteriormente presentada en el Capitulo 7. con el nombre de Tabla 7.2.
Hidrometalurgia: (undamentos, proccsos y aplicaciones 233
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de los que a priori puede senalarse que son altamen-
te solubles. sin necesidad de agentes externos modi-
ficadores del potencial redox, incluso en agua muy le-
vemente acidulada, como es el caso de los sulfatos y
de los carbonatos de cobre.
En relacion con este mismo tema, en la Tabla 9.3
se presenta la informacion cualitativa respecto de las
cineticas de disolucion relativas entre las distintas es-
pecies minerales de cobre mas importantes. Para ha-
cer esta cornparacion, se asume que se trata de
particulas puras, con una granulometria uniforme del
CAPITULO NUEVE~ E §- ..:;
orden de 1a 3 milimetros, y que en todos los casos se
usa temperatura ambiente.
En sintesis, las velocidades relativas de disoluclon
- cinetices de tixtviecion - de las distintas especies
de cobre, esten directamente relacionadas con el
ruunero de electrones que se necesita remover para
solubilizar a cada una de esas especies.
Tal como se discutio en los capitulos en que se
revisaron los fundamentos de fisico-quimica que in-
tervienen en los procesos de la Hidrometalurgia, para
Eh[volts)
o
o 7
pH
14
Figura 9.4.- Diagrama Eh/pH del sistema Cu-S-H20, a 25°C, que muestra la estabilidad de los oxides de cobre como
campos paralelos limitados por el pH. versus los sulfuros. que se limitan por ambos: Eh y pH.
234 Esteban M. Domic M.
- .
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LlXIV IA CIO N D E M IN ERA LES O XID AD OS
que una reaccion qufmica ocurra se requiere de una
fuerza 0energia que la provoque. La velocidad de re-
accion estara determinada en gran medida por la
magnitud de esa fuerza 0 energia.
En el caso de la lixlviacion de la mayor parte de
los minerales oxidados de cobre, la fuerza 0energfa
que promueve la dlsoluclon es proporcionada por la
existencia y por la cantidad de iones de hidroqeno
presentes en la solucion lixiviante. Por ejemplo. para
el caso de la crisocola se tiene:
Cu8i03*H20 + 2H+ -+ Cu2+ + 8i02 + H20
.1Greaccion = .1Go + 2,303 RT
(log [Cu2+] - 210g [W))
En consecuencia, sabiendo que, por definicion,
.100 es una magnitud constante y que para los siste-
mas de lixiviaclon comerciales la concentracion del
cobre, [Cu2+l, permanece esencialmente constante -
o con una variacion minima, insignificante para estos
efectos - la magnitud del.1Greaccion estara determina-
da sola mente en funcion directa por la expreslon-
2 log ll-l"l. es declr, sera funcion de 2 veces el pH.
Asi, los campos de estabilidad de la mayor parte
de las distintas especies oxidadas de cobre, dibujados
en undiagrama Eh/pH, estaran limitadas, entre sfycon
el campo del ion Cu2+, por lineas paralelas verticales
de pH constante y, en principio, no dependeran del
potencial redox (0sea del Eh) del sistema de lixivtacion.
Esto puede verse graficamente en la Figura 9.4.
De manera similar, en el caso de los minerales
sulfurados, la fuerza 0energia que promueve la disc-
lucian es proporcionada por la presencia y concen-
trecion, en la soluclon de lixiviacion. no solo de una
mayor acidez sino principalmente de "aceptadoresde
electrones", es decir, de oxigeno disuelto 0 de ion
ferrico. como se aprecia en el ejemplo de la reaccion
de disoluclon de Ia pi r ita:
FeS2 + Fe3+ + 8 H20 -+ Fe2+ + 2 sol- + 16 Wlog K = lFe2+] [SOi-]2 [W]16 / [Fe3+]
.1Greaccion= .1Go + 2,303 RT (log lFe2+] +
+ 210g [S042-] + 1610g [W] -log [Fe3+])
En esencia, en el caso de los sulfuros, la lixrviaclon
esta promovida y potencial mente acelerada tanto por la
concentracion de los iones H+ como por la presencia de
un aceptante de electrones el ion Fe3+.Por 10tanto, aquf
laclnetica de esta reaccion depende de dos condiciones
fundamenta les:el pH yel potencia Iredox, es decir el Eh.
Esto hace que el campo de estabilidad del ion
Cu2+ - al igual que el del ion Fe3+ - este ubicado en
la esquina superior izquierda de un diagrama de
Eh/pH. graficando de esta manera este concepto.
Esto puede apreciarse en la Figura 9.4.
Resumiendo 10visto, la mayor parte de las es-
pecies oxidadas de cobre responden al esquema
anteriormente descrito, esto es. sus campos de es-
tabilidad estan principalmente Iimitados por Ifneas
de pH constante y, por 10 tanto, su reacci6n de dl-
soluclon con acldo, por una parte:
• no requiere de agentes externos que modifi-
quen el potencial redox, y, en general,
• los valores de la velocidad de reaccion son
muy similares entre sf y estan reflejados adecua-
damente con el ejemplo de la crisocola entregado
antes.
Esta situacion general. sin embargo, tiene una
excepcion importante con la cuprita: CU20; en efec-
to, al reaccionar la cuprita con acido resulta:
CU20 + 2 H+ -+ Cu2+ + Cu? + H20
Es decir, con lacuprita solamente se puede alcan-
zar una disoluclon de algo mas que eI50%, ya que fal-
ta un agente oxidante que ayude a realizar el cambio
de valencia del cobre. Las consecuencias de esto se
Hidrometalurgia: tundamentos, procesos y aplicaciones 235
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CAPITULO NUEVE
1 0 0 r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - .Cuprita + Acido
temperatura: 25°C
Porcentaje
de 50
disoluci6n
[% )
20 [horas)0
Tiempo
60
Figura 9.5.- Lixiviaci6n de cuprita con acido sulfurico, a 25" C, mostrando la necesidad de un oxidante para el cambio de
valencia del cobre.
aprecian graficamente en la Figura 9.5. En todo caso, se
ha estudiado el mecanisme de esta reaccion y se cree
que esta procederia con facil idad por media de una muyrapida adsorcion del acido en lasuperficie de lacuprita:
CU20 + H2S04 rapido
nipido Cu20.H2S04 (adsorbido)
CU20 ...H2S04 (adsorbtdo) ---?
---? Cu2+ + Cu? + H20 + S042-
CU20 .. H2S04 (adsorbido) + H+---?
---? Cu2+ + Cu" + H20 + HS04-
En este instante se puede conciuir que, en general.
la dtsolucron con acldo sulfurtco diluido es un procedi-miento que garantiza buenos resultados en lalixiviecion
de la generalidad de los minerales oxidados de eobre.
Sin embargo, los bajos contenidos de cobre que paula-
tina mente sevan alcanzando, a medida que se extinguen
los yacimientos de mayores leyes y se ponen en opera-
cion recursos antes marginales, obligan a recurrir a
236 Esteban M. Domic M.
- .
sistemas de llxlviacion cada vez de menores costos, para
mantener lacompetitividad economica de la industria.
Por estas razones. hace varias decadas que los mi-
nerales oxidados de cobre no son tratados mediante las
tecnicas mas tradicionalmente reconocidas como de ra-
pida cinetica, como son, por ejemplo, la lixiviaeion par
agitaeion, que solo necesita de unas cuantas horas de
tratamiento - para 1 0 cual requiere de una intensa molien-
da previa de los minerales.lo que no se paga en la situa-
cion actual - 0 la Iixiviaei6n par percolecion en betees,
con unos pocos dias de intenso tratamiento - para 1 0 cual
se requiere de costosas instalaclones, de alto costo ope-
racional y mantenci6n continua - ambos metodos eco-
nomlcarnente dificiles de justificar por las bajas leyes y
grandes tonelajes que se requiere tratar en laactualidad.
Por el contra rio, se han desarrollado tecnicas cad a
vez mas simples, tratando de introducir los menores
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I. IXIVIACION DE MINERALES OXIOADOS
costos posibles, tanto en las inversiones como en la
operaci6n. La /ixiviacion en pi/as ha sido la tecnica mas
utilizada. particularmente al desarrollarse la tecnologia
de Lixiviecion T .L . - consistente en un chancado fino.
seguido de aglomeraci6n del mineral, con agua y acido
sulfurico concentrado. previo a sucolocaci6n en una pila
de base impermeable - que Ieproporcion6 ala lixiviaci6n
en pilas una poderosa herramienta de aceleraci6n de la
cinetica de dlsolucion del cobre contenido.
Enesencia, lamejora cinetica sefialada es part icu-
larmente observable sobre los minerales oxidados de
cobre, los que yen acortados sus tiempos de tratamien-
to en las pilas, a menos de la mitad, por efecto de la
fineza del chancado que es posible usar; 1 0 que perm i-
te una mas eficaz acci6n del eurado aeido sobre las
part iculas mineralizadas mas cercanas ala superficie.
Las virtudes de la tecnologia de Lixiviecion T.L.ya fue-
ron brevemente resefiadas en el Capitulo Siete y, mas
adelante, son objeto de una detallada descripci6n en
las monografias operacionales de la mina Lo Aguirre,
de Quebrada Blanca y de EIAbra. las que estan inclui-
das como Capitu/os Dieeinueve, Veinte y Veintiuno,
respectivamente.
9.1.4.- Lixiviaci6n de Minerales
Oxidados de Cobre en Medio
Amoniacal
A pesar de que, en general, el medio acido resulta
mas favorable para el tratamiento de los minerales oxi-
dados de cobre, hay casos en que, por ejemplo, la pre-
sencia de una ganga calcarea puede hacer prohibitivo
10 0
Cu 2+
[Cu(NHJl+
10
concen trac i6n d e amon facoNH3 [moles/l itroJ
m ole s 50
[ % J
Figura 9.6.- Complejos de aminas de cobre form ados como funci6n de la concentraci6n de amoniaco.
Hidrornetalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 237
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el con sumo de acido y, por 10 tanto, deben buscarse
otras alternativas de disoluci6n.
Encasos como esos se ha optado portrabajar con
arnonlaco. en la forma de soluciones de carbonato e
hldroxldo de arnonio, ya que el amoniaco forma com-
plejos con el cobre, Por ejemplo, si el mineral tiene
una ganga carbonacea 0calcarea y mineralizaci6n de
azurita, en presencia de amoniaco se tiene:
2 CuC03*CuCOH)2 + 12 NH3 ~
~ 3 [CuCNH3)4]2+ + 2 C032- + 20H-
En la practice. esta presencia de arnoniaco se
entiende que se proporciona en la forma de
CAPITULONUEVE*J; ; ; ; .
' ; ; . ,
hidroxido de amonio, NH40H, 0 bien, de carbona-
to de arnonio. CNH4)2C03' A este sistema, poste-
riormente, se Ie agrega NH3 para las reposiciones
de 10que se pierde en la absorclon, es declr. 10que
se evapora.
De esta forma, se produce la formaci6n de las
asl Ilamadas "aminas de cobre", complejos de f6r-
mula generica [CuCNH3)n12+, en que "n" varia entre
1 y 5 sequn la disponibilidad de amoniaco presente
en las soluciones, 10que se aprecia en la Figura 9.6
yen la ecuaci6n general:
CuX(en oxido) + nNH3 + 1/2°2 + H20 ~
~ [CuCNH3)n12+ + 2 OH- + X2-
1,23<2
H20 <[Cu(NH3)]2'
[Cu(NH) ]2 1......... 32
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
<
[Cu(NH3)312 + ..................
. . . . . . . . .
[Cu(NH3)4 12,
Cu 2+
Eh
[volts)
o 7
pH
14
Figura 9.7.- Diagrama Eh/pH a 25°C del sistema cobre-amoniaco-agua; para una actividad del ion Cu2+ de 10.3 mol/kg
y la actividad combinada de NH3/NH4 + igual a uno.
238 EstebanM. Domic M.
- .
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LlX IV IACION DE M INERA lES OXIDADOS
En esa ecuacion X2- corresponde al anion que
acornpafia al cobre en la especie oxidada del mine-
rai, que en las condiciones carbonaceas asumidas
sera muy probablemente el anion C032-. Esto tam-
bien puede apreciarse en el diagrama Eh/pH del sis-
tema cobre-amoniaco-agua, tal como se muestra en
la Figura 9.7 .Cque ya se vto como Figura 813)
EI carbonato resultante resulta muy inestable
frente al calor y se descompone de acuerdo a las re-
acciones sucesivas que siguen:
CuCNH3)4C03 + 4 H20 + calor---7
---7 CuC03 + 4 NH40H
CuC03 + 2 H20 + calor ---7 GuO + H2C03
y 1 0 mismo ocurre con los restos del reactante y los
productos intermedios de hidroxido de amonio y aci-
do carbonico, los que asi se recuperan, permitiendo
recircular el arnoniaco al inicio del proceso:
CNH4)2C03 + 2 H20 + calor ---7
---7 2 NH40H + H2G03
6 NH40H + calor ---7 6 NH3 + 6 H20
2 H2C03 + calor ---7 2 H20 + 2 CO2
Este proceso estuvo en operacion en la mina
Kennecott, en Alaska, entre 1916 y 1931, hasta que
cerro por agotamiento de las reservas. Despues de
filtrar y desechar la ganga, la solucion era hervida,
de forma que las reacciones de la lixivlacion se
veian asi todas revertidas. EI amoniaco y el dicxldo
de carbono eran absorbidos desde la fase gaseo-
sa, para iniciar un nuevo cicio. y el carbonato basi-
co de cobre se recuperaba por filtracion. para ser
seguidamente calcinado a CuO. Un esquema del
diagrama de flujos de este proceso se muestra en
la Figura 9.8.
Mineral de azurita y
gangade carbonatos I 2CuC03 • CU(OH)2 I Reposici6n de reactiv~de lixiviaci6n
NH40H + (NH4)2C03
I Lixiviaci6n I Recirculaci6n
+
delreactive
amoniacal
ResiduosFiltraci6n I
. .I A T! I Gases de NH3 +C02Destilaci6n Absorci6n
Producto para fundici6n CuO con 80% de ley
Figura 9.B.-Lixiviacion amoniacal de minerales oxidados de cobre con ganga calcarea.
Hidrornetalurgia: fundarnentos, procesos y aplicaciones 239
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9.1.5.- l.ixiviacion de Minerales
Oxidados de Cobre en Medio
Cianuro
Practlcamente todos los minerales oxidados de
cobre, incluyendo el cobre nativo y la cuprita, CU20,
son 100% solubles en soluciones de cianuro. Existe,
eso si, una importante excepcion. ya que los silicatos
del tipo crisocola. dioptasa, copper pitch y neotocita
resultan refractarios y solo se disuelven
marginalmente en cianuro. Esto resulta ser muy im-
portante al planificar metodologias de identiflcacion
CAPITULO NUEVE
rnlneraloqlca cuantitativa, por la via de una sucesion
de anal isis quimicos secuenciales sobre una rnisrna
muestra, metoda que resulta conceptualmente simi-
lar a 1 0 propuesto en el caso de los minerales de oro
con el nombre de "ami/isis de end point".
Para disolver minerales oxidados y particularmen-
te carbonatos de cobre usando soluciones de cianu-
ro, se procede sequn las siguientes reacciones:
CU20 + 6 NaCN + H20 ---7
---7 2 Na2(CU(CN)3) + 2 NaOH
2 CuC03 + 7 NaCN + 2 NaOH ---7
---7 2 Na2(Cu(CN)3) + 2 Na2C03 + NaCNO + H20
Cu2+ CuO
- - - - - . - - + - _ _I - - ° 2
-----. - -
Eh
[volts]o I
~I
-------1I - - - _ _ H
20
I - - - - - - - -I H2
I
9,5
pH
Figura 9.9.- Diagrama Eh / pH del sistema cobre-cianuro-agua. a 25"C.
240
-
Esteban M. Domic M.
•
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LlXIVIACION DE MINERAlES OXIDADOS
EIcobre puede a continuacion preci pitarse como
CU2S usando sulfuro de sodio y asi se regenera el cia-
nuro. Este es un proceso propuesto en diversas opor-
tunidades C1966- 1970), pero que no ha sido
implementado comercialmente por varias razones:
• por un lado, conduce ala produccion de un con-
centrado sintetico de calcosina (Cu2S) 1 0 que obliga
a un procesamiento adicional por fundicion, 0algo si-
milar,
• presenta costos de operaclon inciertos
CNaCN, Na2S, procesamiento del concentrado)
que no compiten facllmente con el medio acido
CH2S04) que es un proceso consolidado y econo-
micamente ventajoso,
• edemas, presenta un riesgo sicoloqico irnplicl-
to en el trabajo con soluciones de cianuro.
Por otra parte, el proceso de reqeneracion del
NaCN no tiene una eficiencia completa, 1 0 que aurnen -
ta los costos al no recuperar todo el reactive usado. Sin
embargo, como sucede con todos estos procesos alter-
nativos, siempre es bueno conocer conceptual mente su
existencia y sus ventajas. ya que potencial mente puede
lIegar a ser util considerarlo al diseiiar un circui to espe-
cial , por ejemplo, para el tratamiento y limpieza de con-
centrados de oro 0algo similar.
En todo caso, es conveniente saber que el
diagrama Eh/pH para el sistema cobre-cianuro-
agua presenta un extenso campo de estabilidad
para los complejos de cianuro de cobre, como se
puede observar en la Figura 9.9.
Asimismo, es conveniente saber que a bajo pH y
muy bajas concentraciones de cianuro, son mas es-
tables los complejos de CuCN (menor que pH 3 ) Y
CuCCN)2 - (rnenor que pH 6) En cambio, a pH alcalino
y mayores concentraciones de cianuro, prevalecen el
CuCCN)32- y, a las concentraciones mas altas de cia-
nuro y pH mayor que 10,se puede obtener Cu(CN) i-
Este ultimo complejo, el CuCCN)43-, no es facilrnente
adsorbido por el carbon activado. por 1 0 que resulta
importante promover su existencia preferencial- en los
casos en que hay disolucion simultanea de cobre, du-
rante la cranuracion de minerales de oro - para asi au-
mentar la selectividad del carbon hacia el oro versus
un exceso de cobre presente en las soluclones.
Adernas. dado que los complejos de cianuro de
cobre no participan en la disolucion del oro. para no
perjudicar la disoluci6n del oro desde los minerales,
se recomienda en esos casos tener un exceso de cia-
nuro libre, en el orden de una relacion molecular de
NaCN/Cu mayor que 4,511 (equivalents a una
relacion de pesos mayor que 3/1), para asi lograr
mantener una buena recuperaclon de oro y estimular
la presencia preferente del complejo Cu(CN)43-
9.1.6.- Lixiviacion Acida de
Lateritas de N (quel
Una de las principales Fuentes de minerales de
niquel en el mundo son las lateritas, consistentes en
diversos minerales oxidados de niquel en una matriz
de Fe203 y otros oxides. Aquellas lateritas que con-
tienen serpentina (un silicato hidratado de magnesio:
M96(Si40lO)(OH)a) - por su potencialmente alto con-
sumo de acido - son preferentemente reducidas y tra-
tadas con hldroxldo de arnonio. NH40H.
Sin embargo, aquellas otras lateritas que contie-nen limonitas (Fe203*nH20: FeO(OHhnH
20) se
lixivian directamente con acido sulfurico. a altas tern-
peraturas y presion mayor que la atrnosferica.
Con este procedimiento se logra que los oxldos
e hidr6xidos ferricos de las lirnonitas. que constituyen
Hidromctalurgia: fundarnentos ..procesos y apl icacioncs 241
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CAPITULO NUEVE~C~
Tabla 9.4.- Analisis tipico de las lateritas limoniticas de Moa Bay, Cuba, en base seca.
Elemento (%) Compuesto (%)
Fierro 47.5 Oxide de Magnesio MgO 1.7
Niquel 1.35 Alumina AI203 8.5
Zinc 0.04 Oxide de Cromo Cr203 2.9
Manganeso 0.80 Silice Si02 3.7
Cobalto 0.15 Agua combinada H2O 12.5
Cobre 0.02
el grueso del mineral. hidrolicen a esas temperatu-
ras - aun cuando en condiciones normales sean so-
lubles en el acido - precipitando como oxide ferrico
y liberando acldo:
2 Fe3+ + 3 H20 ~ Fe203 + 6 W
Este proceso se aplica actualmente. por ejemplo. en
Moa Bay.Cuba. Las lateritas limoniticas de Moa se lixivian
con acido sulfurico a 250°C y 4.000 kPa (unas 40 atm) en
autoclaves verticales de unos 70 m3 cada uno. revest i-
dos con ladrillos antlacidos. EI analisis tipico de estas
lateritas limonft icas se muestra en laTabla 9.4
9.1.7.- Lixiviaci6n de Pirolusita y
N6dulos de Manganeso
La principal fuente de manganeso mineral es
la pirolusita. Mn02' Sus principales usos estan en
la fabricacion de aleaciones de ferromanganeso.la
apllcacion de Mn02 purificado para la produccion
de baterfas y algunas aplicaciones del manganeso
rnetallco puro. En los dos ultlrnos casos se aplican
tecnlcas hldrornetalurqlcas para su obtencion.
Tabla 9.5.- Analisis tipicos de minerales de manganeso y de n6dulos submarinos.
Elemento 0 Compuesto Composlcion expresada en porcentaje (%)
Mineral de Alta Ley Mineral de Baja Ley Nodulos Submarinos
Manganeso 48 a 52 lOa 40 30
Fierro 3 a 12 35 a 45 15
Sflice Si02 3a 9 9a 20 30
Alumina AI203 0.5a 5 1 a 4 30
Cobre 0 0 1
Niquel 0 0 1
Cobalto 0 0 0.2
Agua combinada: H2O 1 a 6 2 a 10 10
242 Esteban M. Domic M.
- .
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LlXIVIACION DE MINERAlES OXIDADOS
Por otra parte, la mineria submarina - d e reco-
lecclon de nodules submarinos - ha probado su po-
tencial como futura Fuente econornlca de metales,
entre los cuales se destacan por su importancia
econornlca: niquel, cobalto, cobre y, desde luego,
manqaneso. Este esta presente como Mn02 y for-
ma parte de cerca del 30% del contenido de meta-
les de estos nodules: al punto de conocerse ge-
nericamente como "noduios de manganeso". Su
alta humedad y gran porosidad ( 200 m2/gramo)
hacen muy poco aconsejable su tratamiento por
via ptrornetalurqica. siendo mas factible una via
hurneda.
Los anal isis tipicos de los minerales de manga-
neso y de los nodules submarinos son como se indi-
ca en la Tabla 9.5. Para su tratamiento existen tres al-
ternativas hidrometalurqtcas. dos de las cuales se yen
en esta seccion, por ser casos de lixiviacion directa
sin agente modificador del potencial redox. Un esque-
ma global que muestra estas tres alternativas de tra-
tamiento se observa en la Figura 9.10.
EI tratamiento directo de la pirolusita con H2S04
no es posible, a menos que se agregue un agente
reductor. como se vera mas adelante en la secclon 9.3
donde se trata nuevamente este tema.
Minerales de Oxide de Manganeso y N6dulos Marinos
constituidos mineral6gicamente por Pirolusita: Mn02
I
Fe2+,Ccci6n
I u otro reductor
H
MnO H2SO4 I
t !,
iaci6n J I Lixiviaci6n I I Lixiviaci6n I
Iado I Filtrado I I Filtrado I
-i- ...._t
~a recuperaci6n electrolltica
Lixiv
,Filt
Figura 9.10.- Esquema de alternativas hidrometalurqicas para tratar minerales de Mn02.
Hidrometalurgia: fundarnentos, procesos y aplicaciones 243
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Sin embargo, existe una alternativa para usar H2S04
a traves del acondicionamiento previo. via una tuesta
reductora que conduce a la formaclon de MnO. En este
caso, al reaccionar el acido con MnO se puede obtener
factlrnente sulfato de manganeso. de acuerdo a:
MnO + 2 H2S04 ~ MnS04 + H20
Otra alternativa, esta vez de tratamiento directo
de la pirolusita, se puede lograr a traves del uso del
acldo sulfuroso, H2S03, el cual se forma mediante
absorcion acuosa del gas S02 En este caso, se
obtiene la forrnacion de sulfato de manganeso:
H20 + S02 ~ H2S03
Mn02 + H2S03 ~ MnS04 + H20
En esta misma alternativa, en caso de haber un
exceso de acido sulfuroso, tam bien puede formarse
ditionato de manganeso:
Mn02 + 2 H2S03 ~ MnS206 + 2 H20
A su vez, debido a la insolubilidad del Mn02 en so-
luciones directas de H2S04 diluido. se ha propuesto usar
justamente H2S04 diluido para el tratamiento de los
nodules de manganeso. Con ello se aislaria a este ulti-
mo elemento y se podrian recuperar mas Iacilmente
el cobre. el cobalto y el niquel - en solucion diluida de
sulfate seguida. por ejernplo, de extraccion por solven-
tes selectiva - que son los materiales mas valiosos de
lnteres comercial en los nodules. dejando atras al man-
ganeso si este no fuera economlcamente aprovechable.
9.1.8.- Lixiviacion de 6xidos deZinc con Acido
Laprincipal Fuente de zinc mineral es lablenda ZnS.
Cantidades muy inferiores de reservas minerales se
244 Esteban M, Dornic M.
- .
CAPITULO NUEVE
encuentran como verdaderos oxides: zincita, ZnO:
hidrozincita. ZnC03*2 ZnCOH)2 y smithsonita.
ZnC03· Todos estos oxides son facilrnente solubles
en acido sulfurico dlluido.
Sin embargo, la blenda ha sido desde fines del si-
glo XIX tratada por via plrornetalurqlca. mediante la
oxidacion terrnica de los concentrados que pasan a
oxide de zinc, ZnO, seguida de su reducclon con car-
bon para obtener el metal. Este procedimiento no es
facil de realizar, ya que la temperatura para la reduc-
cion esta muy proxima a la de ebullicion del metal: por
esto los vapores del metal se tienen que recolectar y
condensar rapldarnente para evitar su re-oxidacton, 1 0
que hace muy dificultosa esta operacion.
Va en 1919, surqio como alternativa la tuesta
reductora de la blenda. para seguir por una via entera-
mente hidrornetalurqica de lixtvlacion del oxido de zinc
con acldo sulfurico y recuperacion del zinc por electroli-
sis. Este proceso ha ido paulatinamente reemplazando
ala ruta plrornetalurqlca antes descri ta. Un anallsls tipi-
co del oxido de zinc producido por la tuesta de concen-
trados de blenda, se muestra en la Tabla 9.6, que sigue.
Debe destacarse la existencia de otros elementos
utiles, de importancia economica. como son el cadmio,
Cd, el indio. In, y el germanio, Ge. los que se pueden
recuperar a partir del circuito de tratamiento del ZnO.
Tamblen es posible recuperar los metales preciosos
desde los residuos, cuando su concentracion 1 0 justifi-
ca. Sin embargo. al mismo tiempo existen impurezas
indeseables, como son el arseruco y el antirnonio.
Un diagrama de flujos simplificado con el proce-
so de tratamiento de los oxides de zinc mediante aci-
do sulfurico diluido. se muestra en la Figura 9.11, que
sigue. Dado que se parte de un concentrado finamen-
te molido y de alta ley, el reactor mas apropiado para
la lixiviaci6n es un pachuca agitado con aire.
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lIX IV IACION D E M INERAlES OXIDAD OS
Tabla 9.6.- Analisis tipico del oxido de zinc producido por tuesta de un
concentrado de blenda: ZnS.
Elemento (%) Compuesto (%)
Zinc 61.5 Oxidos de Fierro FeO 3,6
Plomo 3,2 Oxtdos de Calcio CaO 0,2
Cobre 1,0 Residuo de insolubles 8,4
Manganeso 0,2 Zinc soluble en acido 97,5% del total
Plata 0,06 Otros elementos utiles Cadmio, Indio y Germanio
Azufre 1,7 Impurezas Arsenico, Antimonio y Ferritas (ZnFe204)
Hecirculaclon de la
solucion agotada
Oxido deZinc: Zn O I----___:.--_ Hecuperacion del Pb/Ge/ln
y descarte del Fierro
1--------'---_ Hecuperaclondel Cadmio
Figura 9,11.·Diagrama de flujos esquernatico de la recuperaclon de zinc y cadmio a partir de calcinas del tratamiento de
concentrados de blenda.
Zinc rnstalico en polvo:Zn o
ZINC
como catodos
Hidrornetalurgia: fundarnentos, procesos y aplicaciones 245
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Otro producto indeseable en las calcinas que se
producen durante la tuesta oxidante de la blenda,
corresponde a la forrnaclon de ferritas. que son com-
puestos - del tipo ZnFe204 - insolubles en el acido
diluido (25% de H2S04) que vuelve de la electrolisis
de zinc. Estas ferritas corresponden al producto de
una reaccion en estado solido entre el ZnO y el Fe203
Este problema causaba inicialmente perdidas de has-
ta un 20% del zinc contenido en la cabeza. Sin embar-
go, la solubilidad de las ferritas se podia mejorar con
acido concentrado y en caliente, a 95°C. No obstan-
te, despues resultaba costoso eliminar el acldo extra
agregado y. sobre todo, las enormes cantidades de
Fierro que tambien se disolvian. ya que al ajustar el
pH el Fierro precipita como hidroxidos gelatinosos de
Fe(OH)3 muy dificiles de filtrar.
CAPITULO NUEVE~L.ia
Sin embargo. a inicios de los afios 1970, se de-
sarrollaron varios procesos para controlar mejor el
descarte del Fierro. precipitandolo en formas cris-
talinas faciles de filtrar. conocidos como proceso
de lajarosita, de la goetita y de la hematita. sequn
el tipo de cristalografia y especie del Fierro que fi-
nalmente se descarta. Estos son los nombres co-
rrespondientes a las sustancias naturales de Fierro
que se asimilan al precipitado obtenido al neutrali-
zar y enfriar las soluciones de lixiviacion de los re-
siduos que tenian ferritas Su mayor particularidad
es que. en los tres casos, se trata de productos de
Fierro. en su valencia mas tres, de gran estabilidad
en condiciones naturales. En la Tabla 9.7 se mues-
tra esquemilticamente en que consiste cada uno de
estos procesos.
Tabla 9.7.- Procesos para la eliminaci6n del fierro desde las soluciones de
lixiviaci6n de calcinas de zinc.
Proceso de la Jarosita Goetita Hematita
Formula compuesto MFe3(SO)2(OH)6 (*) FeO*OH Fe203
Originario de Noruega, Australia, Espana Belqica Japon
Se provoca adicion de una sal de Na. K 0NH4 reduccion del Fe3+ a Fe2'. a prectpitacron a 200"C
usando ala solucion a pH 1.5Y95"C pH 2mediante ZnS. con aire a95"C mediante oxiqeno a presion
Color del precipitado amarillo rojo rojo
Peso en ton/ton
del concentrado0,40 0.25 0.18
Composicion
Fe % 25 a 28 40 a 45 58 a 60
Zn % 4 a 6 5 a 8 0, 5 a 1
S % 10 a 12 2, 5 a 5 3
(*) Nota: en este ceso, el simbolo Mdesigna alcation monovelente de sodio, potasio 0amonio, segun lasal que se Ilaya usado.
246 Esteban M. Domic M.
- .
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lIX IVIACION D E M IN ERALES OX ID ADOS
Resumidamente estos tres procesos alternativos
se pueden describir asi
• Proceso de la Jarosita: en este caso se agrega
NH40H, KOH 0 NaOH a la soluci6n caliente, a 95°C
ya pH 1,5 precipita la jarosita de amon io, de potasio,
o de sodio, respectivamente, correspondientes a
hidroxisulfatos de Fierro 3+,
• Proceso de la Goetita: aqui el Fe3+ se reduce a
ion ferroso mediante el agregado de concentrado de
Zn8, que actua como reductor; luego se inyecta aire
en la soluci6n caliente, a 95°C, a pH 2-2,5, para
oxidar y precipitar slmultaneamente el 6xido-hidr6xi-
do ferrico. FeO*OH, conocido como qoetita.
• Proceso de laHematita:en este proceso el Fe3+
se reduce a ion ferroso mediante el agregado de 802'
luego la soluci6n se calienta a 200°C en autoclave en
presencia de oxigeno para precipitar la hematita,
Fe203' a pH 2
Una vez removido el fierro, las dernas impurezas
remanentes se eliminan en la etapa denominada de
purificaci6n de soluciones. En ella el cobreyel cadmio
se eliminan precipltandolos por cementaci6n con
Calcinas de ZnO
• ."1 a l.ixiviacion
H2S04 Concentrado
~, ~
Separaci6n residuos _.. 2a lixiviaci6n a
---s61ido/liquido 95°C
~
+" Filtracion de la
Purificaci6n ganga
de las soluciones
~, -Preclpitacion del
1 . . . 1 1
fierro 3+
. . . . . Electr61isis de Zn
•Filtraci6n del fierro
Recirculaci6n de
soluciones diluidas de
ZINC
como catodos
---+residues
finales
precipitado---+residues
de fierro
Figura 9.12.- Diagrama de flujos esquernatico de la recuperacion de zinc a partir de calcinas, incluyendo lixiviacion de
ferri tas en caliente y precipitacion del fierro 3+.
Hidrometalurgia: fundamentos, procesos yaplicaciones 247
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polvo de zinc, en tanto que el cobalto se precipita
usando beta-naftol. De esta forma, en la Figura 9.12
se muestra un circuito moderno de tratamiento de
calcinas de oxide de zinc por via htdrornetalurqica.
basado en el control del fierro a traves de su precipi-
tacion en forma estabilizada y cristalina.
9.1.9.- Lixiviaci6n de Oxides de
Zinc en Medio Alcalino
Otro proceso disponible para los oxidos de zinc es
la disolucion con soda: NaOH. Este proceso se usa en
algunas partes para recuperar el zinc contenido en los
precipitados de los polvos de chimenea. obtenidos en
CAPITULO N UEV E
la producclon de acero mediante hornos electr icos.
La solubilizaclon no parece ser correctamente
representada por la reaccion.
2 NaOH + ZnO ~ Na2Zn02 + H20
ya que el ZnO permanece disuelto solamente si hay un
exceso de NaOH por encima del valor estequiometrico.
La solubilidad del ZnO en funcion de la disponibilidad
de NaOH se puede apreciar en la Figura 9.13.
Sin embargo, tarnbien se sabe que variando la
cantidad de hidroxido de sodio, NaOH, disponible.
cambia la especie lonica desde [ZnCOH)3] cuando hay
poco NaOH disponible, pasando a [ZnCOH)412- cuan-
do aumenta la proporcion de NaOH, tal como se pue-
de ver en la Figura 9.14. Para la recuperaclon final del
zinc se utiliza electrollsls y. en este caso, se produce
zinc en forma de polvo de alta calidad.
5 P - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - .
Solubilidad 3
del ZnO
Temperaturas:20'C
100'C
4
[moles / litro] 2
o
Concentracion de NaOH
Figura 9.13.- Solubilidad del oxido de zinc en una soluci6n de NaOH, vallda para 20° y 100°C.
248 EstebanM. Domic M.
- .
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lIX IV IAC lO N D E M IN ERAlES O XIDA DO S
100 .---------=:::==~!!!!!BI----,
Proporcion
relativa de ambas
especies
[Zn(OH)sr
50
[%]
2oL- - = = = ~ ~ a . ~[moles de [OH-]]4 6
Concentracion de NaOH
Figura 9.14.-Formas i6nicas del zincato de sodlo, sequn la abundancia de NaOH disponible.
De manera similar ala dtsolucion con NaOH, para
disolver ZnO se puede usar NH40H El oxido de zinc
tiene una baja solubilidad en el NH40H Sin embar-
go. agregando una sal amoniacal, tal como el sulfato
de amenia (NH4)2S04' se produce un aumento con-
siderable de la solubilldad. como se aprecia en la Fi-
gura 9.15.
Adernas, debe tenerse presente que aqui se pro-
duce un minimo de solubilidad en funcion del pH, en-
tre pH 10,Oy 10,5, como se observa en la Figura 9.16.
A partir del pH<10,0 predomina el ion posltivo
[ZnCNH3)4]2+. En carnbio, a partir de pH>10,5 predo-
mina el ion negativo del zincato [Zn02]2- .En el mini-
mo de solubilidad, entre losvalores de pH 10,Oy 10,5,
predomina un complejo electricarnente neutro.
9.1.10.- Lixiviacion de Oxides
Complejos
Se conocen como oxides complejos aquellos que
estan conformados por dos 0mas oxidos metalicos
formando un compuesto diferente. Algunos de esos
oxides se pueden considerar val iosos mientras otros
no 1 0 son. Los oxidos considerados valiosos son los
de titanio (Ti), nlobio (Nb), tantalio (Ta), cromo (Cr),
tungsteno (W) y. a veces, el de fierro (Fe), mientras
que los menos valiosos son los de manganeso (Mn),
calcio CCa) y bario (Ba). En la Tabla 9.8 se muestra
una lista de los oxidos minerales complejos mas irn-
portantes,
Hidrometalurgia: fundarnentos. procesos y aplicaciones 249
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CAPITULO NUEVEt{~
1.5
1,0 Molar
1,0
Solubilidad
del ZnO en
NH40H
concentraci6n molar de
(NH4)2S04
[mo l l I]0,5
oo 5 10 15
[mol/I]Concentraci6n de NH
40H
Figura 9.15.- Solubilidad del ZnO en NH40H, en funci6n de la concentraci6n de sulfato de amonio presente en la
soluci6n.
1.0.--------------------.
0,1
Solubilidad
del ZnO en
NH40H
[9/1] 0.01
0,001 ... •
130 11 129
pH
Figura 9.16.- Solubilidad del ZnO en NH40H, en funci6n del pH, formando diferentes complejos: amina de zinc,
IZn(NH3)412+, bajo pH 10, Y zincato, IZn02)2- sobre pH 10,5, respectivamente.
250 Esteban M. Domic M.
- .
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LlXIVIACION DE MIN ERAlES OXIDADOS
Tabla 9.8.- Listado de los oxidos minerales complejos mas importantes.
Especie Mineral Composiclon Combinacion de oxides Simples
Cromita FeCr204 FeO*Cr203
Ilmenita FeTi03 FeO*Ti02
Columbita (Fe,Mn)Nb206 (Fe,Mn)0*Nb205
Tantalita (Fe,MnHa206 (Fe,Mn)O* Ta205
Pirocloro (Fe,Mn)Nb206*NaF (Fe, M n)O*Nb205 *NaF
Scheel ita CaW04 CaO*W03
Powellita Ca(Mo,W)04 CaO*(Mo,W)03
Wolframita (Fe,Mn)W04 (Fe,Mn)O*W03
Tabla 9.9.- Tratamientos bidrometalurgicos disponibles para algunos de los oxidos minerales
complejos mas importantes.
Metodo Materia Prima Reactivo Proceso
Ilmenita H2SO4
Disolucion Escorias de titanio concentrado Cocimiento
Completa Cromita
Columbita HF Digestion en un
Tantalita (en exceso) reactor cerrado
Plrocloro concentrado con condensador
para el reflujo
en acido para IImenita
disolverel Pirocloro HCI Lixivlaclon a
Llxivlacion oxldo alcalino Wolframita concentrado presion
Parcial Scheelita
en medio alcalino Wolframita NaOH Lixiviacion a
para disolver el Scheel ita Na2C03 presion
oxide acido
A su vez, en la Tabla g,g se muestran los distin-
tos tratamientos para la disolucion completa 0 par-
cial de estos oxldos. Por ejernplo. algunos oxldos
complejos como la ilmenita, el pirocloro, la
wolfram ita y la scheel ita, pueden transformarse en
oxldos puros en una sola etapa por tratamiento con
acido clorhidrico a alta presion y temperatura. en
un autoclave. La disolucion seguida de hidrolis!s.
resulta en la precipttaclon de un oxldo comercial-
mente valioso.
Hidromctalurgia: tundamentos. procesos y aplicaciones 251
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CAPITULO NUEVE -,
Tabla 9.10.- R esum en de los procesos hidrometahirgicos actual mente en uso para los oxides
miner ale s comp le jo s mas impor ta nte s.
Mineral Oxido Complejo Agente Lixiviante Comentarios y Observaciones
No es muy usado para la producclon de
H2S04 concentrado pigmentos de Ti02 a causa de la polucion
FeTi03 que producen el FeS04 residual yel
H2S04 diluido.
Ilmenita Producclon de rutilo sintetico como partida
HCI concentrado para la preparacion de TiCI4. Heqeneracion
de HCI por oxthtdroltsrs de FeCI2.
Ampliamente usado para la producclon de
Escorias de 11 H2S04 concentradopigmentos de Ti02 pero sufre del
problema de tener que descartar el
acido diluido residual,
Disolucion com pieta (rnolido y 130 - 160"C).
Cromita FeCr204 H2S0440 %crtstalizacion de alumbres Isulfatos basicos
dobles) y produccion de Cr rnetallco
por electrOlisis.
Columbita(Fe.Mn)Nb
206
Disolucion completa debido a laforrnacion d e
HF concentradofluoruros complejos
Tantalita (Fe.MnHa206 solubles: H2NbF7 y H2TaF7
Pirocloro (Ca.Ba)Nb206*NaF
HCI concentrado Lixiviacion parcial: produccion de un residuo
deW03*H2O
Wolframita (Fe.Mn)W04 l.ixiviacion parcial: forrnacion de una solucion
NaOH de sodio tungstato y un residuo de
Fe<OH)2
Hel concentrado Lixiviacion parcial: produccion de un residuo
deW03*H2O
Scheel ita CaW04 Na2C03 l.ixiviacion parcial: forrnacion de una solucior
de tungstato de sodio y
un residuo de CaC03
252 Esteban M. Dornic M.-.
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LlXIV IACION DE M INERALES OX IDAD OS
En cuanto a los procesos actual mente en uso para
el tratamiento de estos oxidos minerales complejos,
en la Tabla 9,10, se presenta un resumen incluyendo
comentarios respecto a su aplicabilidad.
9.2.- Lixiviaci6n de Minerales
Oxidados en Presencia de
Agentes Oxidantes
Parece ser un contrasentido que un oxldo requie-
ra ser oxidado mas aun para su tratamiento por
ltxiviacion. Sin embargo, este es el caso de los oxidos
de ursnio, que pasan asi a ser un caso especial que
requiere de un cambio de valencia, provocado a
traves de un agente oxidante externo, para poder ser
solubilizados Lo mismo ocurre con el oxido de cobre
conocido como cuprite, CU20, tema que fue analiza-
do en la seccion 9.1.3 y en la Figura 9.5.
9.2.1.- Existencia Mineral6gica
del Uranio
EI uranio se presenta en sus minerales con dos
valencias: +4 y +6. S610 con su valencia +6 es soluble
en forma directa, a traves del radical U022+, mas co-
nocido como ion "urenilo no
En los casas en que el uranio esta presente can
valencia +4, es muy poco soluble y, por 10tanto, resul-
ta irnperativo usar un oxidante - por ejemplo, oxigeno
o ion ferr ico - para lIevarlo a estado +6 y asi
solubilizarlo. Las especies minerales del uranio mas
comunes son las dos prirneras de la lista que sigue,
sequn se muestra a continuacion:
- U02 , uraninita: con valencia +4, es total mente
insoluble en ausencia de oxidantes:
- U30S' pitchblenda: con valencias +4 y +6, es
solo parcialmente soluble en ausencia de oxidantes;
- K20*2U02 *V 20S' carnotita: con valencia +6,
es soluble en ausencia de oxidantes; el uranio se re-
cupera facilrnente, pero suele hacerse despues de ex-
traer el vanadio:
- U20S' producto sintetico: con valencia +4, es
total mente insoluble sin oxidantes.
Existen tam bien otras especies minerales que
contienen en su formula alguno de estos oxldos ante-
riores, pero como un componente minoritario, y no
resultan ser muy significativos en terrninos economi-
cos del uranio contenido:
- thucholita: con torio, carbono, hidroqeno y oxi-
geno. se Ie encuentra principalmente en los yacimien-
tos de oro en Sudafrica. con leyes de 0,02 a 0,1%
U30a ;
- davidita: con fierro. cerio, titanio, vanadio, cro-
mo y zirconio: se Ie encuentra principalmente en el
yacimiento de Broken Hill, Australia, y es un mineral
muy refractario y dificil de disolver, y
- urano-thorianita: con torio y cerro: se Ie encuen-
tra en asociaci6n con minerales sulfurados de cobre
en el yacimiento de Palabora, Sudafrlca, de donde se
recupera por metodos gravitacionales desde las co-
las de flotaci6n de los sulfuros, toqrandose concen-
trados de 2,5 a 5% de U30a
Esfrecuente ver en los yacimientos sudafricanos
la cornbinacion de oro, uranio y piritas. En esos
casos se realiza la recuperaclon del oro primero, por
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 253
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cianuraci6n alcalina aplicada sobre el mineral molido.
A las colas se les cambia de pH y se lixivia el uranio
enmedio de acido sulfurtco. Las colas finales son flo-
tadas por pirita. FeS2' para usar el concentrado de
piritas como alimentaci6n a una tuesta oxidante. la
que. a su vez. produce los gases requeridos para la
fabricaclon del acldo sulfunco. cerrandose elegante-
mente el circuito. EI residuo de latuesta puede usar-
se para producir fierro esponja 0bien para la fabrica-
cion de algunos aceros. EIdiagrama de flujos esque-
matico es el de la Figura 9.17.
Los minerales mas comunes de uranio, la
uranin ita y la pitchblenda. en general. son de color
negro y presentan unalto peso especiftco. Asi. si bien
al extraer de la mina la pitchblenda puede tener una
ley de 1%de U30S' con una simple concentraci6n
gravitacional se puede lIegar a 50% de U30S
CAPITULO N U E V E I - . f i t
EIuranio fue descubierto en 1789 a partir de rni-
nerales extraidos de la mina de plata de
Joachimsthal. en Bohemia - lugar hoy conocido
como Jachymov - que es parte de la Republica
Checa. Minas de uranio se encuentra n.por ejemplo.
en Zaire (Shinkolobwe) yen Canada CElliotLake. en
Ontario; Key Lake. MacArthur River y Athabasca
Lake. entre varies otros. todos ellos ubicados al nor-
te de Saskatchewan} Hoy Canada es el mayor pro-
veedor de uranio. con cerca del 20% de los requeri-
mientos mundiales. Tarnbien en Argentina existen
plantas recuperadoras de uranio directamente de
mina enSan Rafael. Sierra Pintada. Tigre y Huemul.
todos ubicados en las cercanlas de Mendoza. cuyos
minerales son procesados en una planta centraliza-
da, Fabrica de Malarque. En Brasil ocurre algo simi-
lar. con numerosas instalaciones pequefias. pero
que en conjunto abastecen una planta cornun.
MoliendahumedaI
NaCN+CaO
Tuestaoxidante ,y tratamiento ... --11 Flotacionde Piritas I
de gases de 802
Relives
Oxidos de Fierro: paraFierro Esponja y /o Aceros
Zinc en polvo
+Preclpltaclon
del oro
Recuperaci6n delUranio porintercambio
lonlco
Uranio- ..~
Figura 9.17.- Diagrama de flujos esquernatlco de la recuperaci6n de oro y uranio en minerales sudafricanos que tarnbien contienen piritas.
254 Esteban M. Dornic M.-.
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lIX IV IAC lON D E M IN ERA lES OX IDAD OS
En Chile hubo una exhaustiva tnvesttqacion
geologica realizada durante aries por la CCHEN (Co-
rnision Chilena de Energia Nuclear) pero sin resulta-
dos econornlcamente relevantes. Por ejernplo, en el
sector de Salar Grande, al sur de lquique, en 1983 se
reporto la existencia de un yacimiento interesante de
carnotita sedimentaria. En la mina Productora, de la
zona de Vallenar, tambien se conoce de existencias
interesantes de uranio asociado a cobre y cobalto,
Otra Fuente importante de uranio es como
subproducto en la produccion de sci do fosforico, a par-
tir de la llxtvtaclon sulfunca de rocas fosfortcas. 0
fosforitas. Asi se Ie recupera en Florida, EEUU. EnChile
existen evidencias de la presencia de este tipo de ura-
nio tanto en las fosforitas de Mejillones, en Antofagasta,
como en las de Bahia Inglesa, en Atacama.
Tarnbien se encuentra uranio en pequefias con-
centraciones en muchos yacimientos de cobre. so-
bre todo en aquellos de origen exotica. En estos, el
cobre procede de la lixtviacion natural de un yaci-
miento original, madre, normal mente un yacimien-
to sulfurado de tipo porfirico de grandes dimensio-
nes, y se ha desplazado a traves de un ducto natu-
ral, 0 paleocanal, hasta depositarse en otro sitio
mas 0 menos distante pero con caracteristicas fisi-
co-quirnicas de ambiente redox mas favorables.
Ejemplos de estos casos de yacimientos exoticos
con contenidos de uranio, en Chile, son los de la
mina Exotica (hoy Mina Sur) en Chuquicamata;
Huinquintipa. en Collahuasi; y Sagasca, en La Cas-
cada.
En ellos se ha lixiviado el cobre por aries y las so-
luciones acidas pobres en cobre han sido
recirculadas, de forma que el uranio se ha ido concen-
trando en el circuito y puede explotarse por via de in-
tercambio lonlco con resinas solidas (IX) aplicado
sobre un pequefio flujo de las soluciones que se
retorna al sistema. Esto se hizo a nivel piloto en la de-
cada de los afios .70 en Exotica, por Codelco y la
CCHEN, y de los afios '80 en Sagasca, por Minera
Pudahuel y la misma CCHEN. Sin embargo, las esti-
maciones econornicas desarrolladas por esta ultima
entidad fueron insuficientes como para justificar una
instalacion mayor de caracter comercial.
9.2.2.- Procesamiento del Uranio
por Lixiviacion Oxidante en
Medio Acido
La lixiviacton de los minerales de uranio puede
realizarse tanto en medio acldo como en medio
alcalino. En medio acido los oxidantes mas usados
son: oxigeno del aire: agua oxigenada, H202: minera-
les 0 concentrados de plroluslta. Mn02: clorato de
sodio, NaC103: salitre, NaN03 y tarnbien ion ferrico.
Fe3+, cuando existe una Fuente natural al alcance.
Se debe siempre tener presente que si se agrega
un agente externo a un sistema de ltxlvtaclon, tarnbien
se debe, de alguna manera, descartarlo en alqun rno-
mento para resguardar los equi librios de sales del con-
junto. De otro modo, la acumulaclon de los productos
residuales de esta sal. inevitablemente afectaran el
proceso de disolucion al ir contribuyendo a aumentar
la carga ionica del sistema. Por esta razon, siempre
que es econornicarnente posible se prefieren los
oxidantes que no dejan residuos 0 cuyos residuos
son inertes. del tipo oxiqeno. agua oxigenada, 0
similares.
En medio acido, normalmente se prefiere usar
ecido sutiurico y eire como oxidante. EI acido se
Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 255
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utiliza dilutdo en los minerales normales y concentra-
do en los que presentan caracter refractario. Las re-
acciones parciales son como sigue:
U02 ~ U022+ + 2 e-
2H+ + 1/2°2 + 2e- ~ H20
y la reacci6n global es lasuma:
U02 + 2W + 1/202 ~ U022+ + H20
E I ion uranilo, U022+, forma con el sulfato uncom-
plejo con 4 cargas negativas, denominado sulfato de
urenilo, quedando asi: [UOiS04)314-
Para una determinada presi6n parcial de oxige-
no, lavelocidad de disoluci6n se mantiene constan-
te, independientemente de la concentracton del aci-
do. Asi se obtiene la Figura 9.18. en que se grafica
lavelocidad de disolucion para distintas presiones
parciales de oxigeno. La forma de estas curvas es
CAPITULO NUEVEj _ <
tipica de un mecanisme de corrosi6n
electroquimica, similar a la de la reacci6n de diso-
lucian de un metal (vease la Figura 8.6 en que se
observa una situacion parecida observada en ladi-
solucion de oro).
Velocidad 0,2P02 200 psi
de disoluci6n
[gramos / hora] P02 100 psi
0,1
0,3 Temperatura 100De
°
La accion oxidante de la pirolusita (u otra Fuente
de Mn02) se manifiesta al oxidar las sales de Fierro
+2en las soluciones. Asi se tiene:
2 Fe2+ + Mn02 + 4 H+ ~
~ 2 Fe3+ + Mn2+ + 2 H20
2 Fe3+ + U02 ~ U022+ + 2 Fe2+
EI efecto de las sales de manganeso se muestra
en la Figura 9.19. Para recircular el manganese y ayu-
dar a disminuir los costas,en las soluciones pobres ob-
tenidas despues de la recuperaci6n del uranio,se pue-
deprecipitar el manganesecomo hidroxido. usando cal
°0,005 [moles],010
eoncentraci6n de H2S04 en la soluci6n
Figura 9.18.- Dlsoluclon del uranio (U02) con acldo, bajo presion de oxiqeno. a 100°C.
256 Esteban M. Dornic M.
- .
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lIX IV IACION D E M INERALES OX ID AD OS
hasta pH 9. EI hidroxido es oxidado Iacilrnente con
aire, de vuelta a Mn02
Para usar en forma efectiva el salitre, NaN03,
como agente oxidants. es necesario efectuar la
lixiviacion en caliente. Tarnbien se puede usar aci-
do nitrico concentrado y caliente, a 75°C, para ex-
traer uranio desde minerales, como se hace en
Palabora, Sudafrica, formando nitrato de uranilo,
sequn las reacciones parciales:
U02 ---) U022+ + 2 e-
4 W + 2 N03 - + 2 e- ---) 2 N02 + 2 H20
las que sumadas dan:
U02+4 W
+ 2N03- ---)
---) UOl+ + 2 N02 + 2 H20
10cual equivale a
U02 + 4 HN03 ---) U02(N03)2 + 2 N02 + 2 H20
9.2.3.- Procesamiento del Uranio
par l.ixiviacion Oxidante en
Medio Alcalino
De igual manera que la lixfviacion en medio aci-
do, la lixiviacion de los minerales de uranio puede
hacerse en medio alcalino, por ejernplo. de carbona-
to de sodio, usando aire como oxidante. En este caso
las reacciones parciales quedan como sigue:
U02
---) U022+ + 2 e-
U022+ + 3C0
32- ---7 [U0
2(C0
3)3]4-
112 02 + H20 + 2 e- ---) 20H-
las que sumadas dan
U02 + 3C032- + H20 + 1/2°2---)
---7 [U02(C03)3]4- + 20H-
Dado que el ion hidroxi 10,OH-, se produce duran-
te la reaccion de Iixiviacion. existe la posibilidad que
se formen uranatos insolubles. Por esta razon, se
suele agregar al sistema bicarbonato de sodio,
NaHC03, para que actue de tampon (buffer) yasi
evitar esas reacciones indeseables:
HC03 - + OH- ---7 COi- + H20
Alternativamente al carbonato de sodio, tarnbien
se ha usado el carbonato de arnonio. NH4C03, 10que
ofrece alguna ventaja cuando se produce una excesi-
va disolucion de impurezas, particularmente sil icatos
yaluminatos.
De forma analoqa al caso del medio acldo, en la Fi-
gura 9.20 se observa la inf luencia del oxigeno presente
durante las reacciones. resul tando curvas similares a
las del caso acldo (ver Figura 918),10 que tarnbien es
tipico de un mecanisme de corrosion electroquimica,
similar a la de reaccion de disolucion de un metal
(cornparese con la Figura 86, en que se observa una
situacion pareclda observada en la disoluclon de oro).
EI mecanismo de ltxlvlacion puede inferirse si
observamos que ni el U30a ni el U0
2se disuelven
directamente, sino que requieren pasar a U03 prime-
ro y,en esa forma. son facllmente solubles. por lotan-
to:
U02 + 1/2°2 ---7 U03
U30a + 1/2 02 ---7 3 U03
A continuacion, es el U03 quien se disuelve con
acido
U03 + 2 H+ ---7 UOl+ + H20
o bien. con carbonato y bicarbonato:
U03
+ 3C032- + H
20 ---)
---7 [U02(C0
3)3]4- + 2 OH-
Hidrornetalurgia: lundamentos. procesos y aplicaciones 257
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
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CAPITULO NUEVE~(~. . - . . . . ,~
90
Porcentaje
de extracci6n
[%]80
70
o 7,5 [kg/ton],5 5,0
Pirolusita (Mn02) agregada al mineral
Figura 9.19.- Extracci6n de uranio (U02) con acido, a distintas dosis de pirolusita.
Temperatura: 100Q C
, - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
0,3P02 50 psi
Velocidad de
disoluci6nP02 25 psi
0,2[gramos / hora]
0,1
o 0,1 0,2
Concentraci6n de la suma de carbonato y bicarbonato
Figura 9.20.- Disoluci6n del uranio (U02) con una mezcla de carbonato y bicarbonato de sodio (NaC03 y NaHC03). bajo
presion de oxigeno. a 100°C.
258 EstebanM. Domic M.
- .
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LlXIV IACION DE M IN ERAlES OXIDADOS
Existe otra teoria que explica la disolucion a
traves del supuesto de que sobre la superficie del
oxide de uranio existen zonas activas. las que. con
agua, producen complejos superficiales de hidroxilo
paso a) /OH
U02 + H20 ~ ° = U- OH
paso b) OH/° = U-OH + 02 ~ UOl+ + H02- + OH-
Sin embargo, ninguna de esas dos interpreta-
ciones de mecanismo sedan totalmente satisfacto-
rias. La dificultad con el primer mecanismo es que
el U03 no puede formarse directamente por oxlda-
cion acuosa del U02. A su vez, en el caso del se-
gundo mecanismo, tampoco es probable que sea
real, ya que se requiere asumir que se forman
muchos complejos intermedios para que sea posi-
ble, 1 0 que es poco probable.
Par otro lado. se puede comparar lasimilitud que
se observa entre las curvas experimentales corres-
pondientes a la dlsolucion del uranio en media aci-
do, Figura 9.18, yen medio alcalino, Figura 9.20, con
aquellas de la dlsolucion de metales - por ejemplo.
Area A1
actuando como
CATODO
Flujo de
electrones·----I----".
Area A2
actuando como
ANODO
e
a) en acido: U02(OHh + 2H+ -_ UOi+ + 2H20
b) en carbonato: U02(OH)2 + 3C032- + -~ [U02(C03b J 4- + 20H
Iinterfase de difusi6n de Nernst
~ de espesorf
° 2: Flujo del Oxidante
Sale producto disuelto s610 )
desde el area cat6dica:
Reacci6n en el Catodo:
1/2°2 + H20 + 2e- = 20W
UOi+ 0 bien
[U02(C03b J 4-
Reacci6n en el Anodo:
U02 = U022+ + 2e-~_H+ 0 bien C032- : flujo del reactivo
Reacci6n Inicial de Corrosi6n Electroqufmica Global:
~ I U022+ + 20H ~ U02(OH)21
II U02(OHh capa precipitada en el area an6dica pasivada
I
I
I
I
Reacci6n Final de Ataque Qufmico al Hidr6xido:
Figura 9.21.- Diagrama esquematico del proceso de disoluclcn del oxide de uranio, mostrado como una corrosion
electroquimica seguida de un ataque quimico
Hidrometalurgia: fundarnentos, procesos yaplicaciones 259
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el caso del oro, en la Figura 8.6 - 10 que nos condu-
ce a plantear una interpretacion de tipo
electroquimica para la disoluci6n del U02, 10 que
se aprecia en la Figura 9.21.
En esta interpretacion de tipo electroquimico
sucederian, slmultanearnente, las dos reacciones
electroqufmicas, que concluyen en laForrnacion del
compuesto intermedio insoluble hidroxido de
uranilo - UOiOH)2 -, el cual es seguidamente des-
compuesto por la reacclon quimica de ataque can
el acldo 0 can el carbonate. sequn corresponda
a) reduccion del oxigeno (0 cualquier otro
oxldante) en la zona catodica,
b) oxidacton del U02 en la zona an6dica con
forrnaclon transitoria del ion uranilo en el solido, y
del hidroxido de uranilo - U02(OH)2 - insoluble.
c) el cual es atacado quimicamente para libe-
rar el cation urenilo, si esta en medio acido, 0 el
CAPITULO NUEVE
anion complejo de carbonato de urenilo, si se en-
cuentra en medio alcallno.
Enconsecuencia. seesta frente a unclasico rneca-
nismodecorrosion deti po electroquimico -comoelque
ocurre para los metales -seguido deun ataque qulmico
convencional.
9.2.4.- Recuperaci6n de
Subproductos del Uranio
Asociado a los minerales de uranio, coexiste en
la naturaleza el elemento radio (RaJ La proporcion
del contenido entre ambos elementos esta dada
por la relaclon entre sus respectivas vidas medias
Minerales de
pitchblenda
Lixiviaci6n con H2S04
de uranio y radio
C loru ro d e B ar io: B aC I2 ~A s eparaci6 n y re cu pe raci6 n d e
~ B ar io I Radio I y P l omo
Neutralizaci6n pH 10y fi ltraci6n de losprecipitados,
-Purificaci6n viaformaci6n de sulturos
y filtrado de sulfurosI -
A d e scar te d e los p re cip ita dos
d e A I(OHh y Fe (OHh
Descar te 0 r scu pe r acio n d e s u lf ur os
- PbS AS 2 S3' otros
Soluci6n de carbonato de uranilo: U02C03
a recuperaci6n del Uranio por IX 0 SX
Figura 9.22.- Diagrama de flujos esquernatico para la recuperaci6n del radio, Ra, desde concentrados de pitchblenda.
260 Esteban M. Domic M.-.
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lIX IV IAC ION DE MINERA lES OX IDADOS
( iqual al tiempo necesario para que se desintegre
el 50%), es decir U / Ra = 3*106, ya que la vida
media del uranio es 4,5* 109 afios y la del radio es
1.590 aries. Esto significa que en un concentrado
de 50% de U30a se tendran alrededor de 130 mg
de radio por tonelada de concentrado. En la Figura
9.22 se muestra el esquema de flujos para la recu-
peracion del radio.
9.3.- L ix iv ia ci6n de M inera les
O xidados en P resencia deAgentes Reduc tores
Tal como se explico al micio. en la seccion 9.1.7,
la (mica oportunidad practice en que un oxide me-
tallco requiere de unagente reductor para disolver-
se corresponde al caso del dioxido de manganeso,
la pirolusita. Mn02. sea esta procedente de mine-
rales de mina como de nodules de manganeso co-
sechados por los rnetodos de mineria submarina.
Enefecto, en la seccion antes sefialada se ana-
lizaba en detalle ladisolucion de la pirolusita, 1 0 que
quedaba mas explicito en el diagrama de alternati-
vas hidrornetalurqicas para el tratamiento de estos
minerales que se mostraba en la Figura 9.10.
Enresumen, y sin repetir todo 1 0 antes dicho en
la seccion 9.1.7. se puede sefialar que la pirolusitaes insoluble al ser expuesta directamente en solu-
ciones de acido sulfurico diluido. En cambio, se dl-
suelve con mayor facilidad en presencia de un
agente reductor. del tipo ion ferroso, Fe2+ 0 bien
anhidrido sulfuroso. 802
Acontinuaci6n seanalizara el comportamiento de
ladisoluci6n de Mn02 con acido sulfurico diluido en
presencia de abundantes iones ferrosos. Este caso
puede ser escrito en terrninos de 6xido-reducci6n,
quedando asi
oxidacion: 2 Fe2+~ 2 Fe3+ + 2 e-
reducci6n: Mn02 + 4 H+ + 2 e- ~ Mn2+ + H20
sumando, se tiene:
Mn02 + 2 Fe2+ + 4 H+ ~ Mn2+ + 2 Fe3+ + 2 H20
Es decir, se trata de un proceso que consiste.
basicamente, en que el manganese pasa de estado
+4a estado +2:
Mn4+ + 2 e- ~ Mn2+
Ensituaciones normales de baja acldez, la reac-
ci6n es lenta yse iran formando slrnultanearnente pre-
cipitados gelatinosos de hidr6xido ferrico y sulfato
basico ferrico, similares a la jarosita:
Mn02 + 2 Fe804 + 2 H20 ~
~ MnS04 + FeCOH)3+ FeCOH)804
Existen grandes descartes de sulfato ferroso en
algunas industrias, como fue el caso de la mineriadurante muchos afios, cuando 5e realizaba el proce-
so de cementaci6n de cobre con chatarra de fierro,
o bien en el procesamiento de decapado de aceros.
Una combinaci6n sinerqica con la disoluci6n de mi-
nerales de manganese de bajas leyes podr ia ser
beneficiosa en esos casos, en terrrunos econ6micos
y particularmente en terrninos ambientales.
A su vez,esta caracteristica unica de los minera-
les de manganeso - de requerir un agente reductor yoxidarlo paradisolverse- permite quese Ieutilice para
promover la oxidacion del ion ferroso a ferrico en
otras situaciones que 1 0 requieren. Tal es el caso de
la lixiviaci6n de los minerales de uranio - que deman-
dan un agente oxidante para disolverse, como sevia
Hidrornetalurgia: fundarnentos. procesos y aplicacioncs 261
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C AP IT UL O N UE VC _-_
en la Seccion 9.2.2 - y tarnbien el de la lixiviacion de
minerales sulfurados, como severa en el Capitulo 10
que sigue.
amenia y en ambiente amoniacal, la matriz del
Mn02 se descompone para formar un carbonato de
manganese insoluble: MnC03,
Por otra parte, el Mn02 y el MnO son ambos
insolubles en el hidroxido de arnonlo. NHiOH). Sin
embargo, en una solucion acuosa de carbonato de
Estose haaprovechado para proponer unproceso
de tratamiento de n6dulos marinos de manganeso, me-
diante lautilizacion deese sistema acuoso. enel que el
Tabla 9.11.- Resumen de los procesos propuestos para lixiviar minerales oxidados.
Origen y Tipo de Mineral Lixiviante Comentarios y observaciones al proceso propuesto
Bauxita: AICOH)3 NaOH Proceso Bayer: 180-200°C, bajo presion, los residuos contienen
AIOOH Fe203' n02 y Si02 Clodos rojos : "red mud")
Oxldos de Cobre H2SO4 generalmente se usa acido diluido, una gran mejora es laaplicacion
0 del "curado acido": en casos excepcionales se usan soluciones
NH40H amoniacales. cuando los consumos de acldo son exagerados
Lateritas: NiO en H2SO4 Moa Bay, enCuba, 250°C, 4.000 kPa.en esas condiciones el
rnatriz de Fe203 Fe203 se disuelve y vuelve a reprecipitar
Pirolusita Mn02 H2SO4 solo se solubilizan Cobre, Nfquel y Cobalto
o Nodules Marinos H2S03 Mn02 + H2S03 ~ MnS04 + H2O
HCI Mn02 + 4 HCI ~ MnCI2 + CI2 + 2 H2O
FeS04 Mn02 + 2 Fe2++ 4 H+ ~ Mn2+ + 2 Fe3+ + H2O
por tuesta H2SO4 MnO + H2SO4 ~ MnS04 + H2O
reductora: MnO NH40H solo se solubilizan Cu, Ni, y Co / el Mn precipita como MnC03
Esfalerita: ZnS que H2SO4 ZnO + H2SO4 ~ ZnS04 + H2O
por tuesta oxidante la solucion contiene Cobre, Cadmio y Germanio, en el residuo
pasaa ZnO quedan PbS04, ZnFe204 ytrazas de Ge, In,TI
NaOH ZnO + NaOH + H2O ~ NaZnCOH)3 proceso poco usado
Minerales de oxides de H2SO4 U02 + H2S04 + 1/2°2 ~ U02S04 + H2O
Uranio: U02, U30S Na2C03 U02 + 3C032- + 1/2°2 + H20 ~ [U02CC03)3l4- + 20H-
262 EstebanM. Domic M.
-
.
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lIX IV IAClON D E M INERAlES OXIDAD OS
cobre. el niquel y el cobalto. se disuelven con faci lidad
formando complejos de aminas (vistos en el Capitulo 8,
seccion 8.n mientras que los oxides de Fierro quedan
en el residuo sin ser atacados en 1 0 mas minimo.
La reacclon se realizaria a temperatura ambiente ya
que, por la naturaleza exotermica de las reacciones
involucradas, latemperatura se eleva a unos SO°C.
EI manganesa, por su parte. se comporta de la
siguiente rnanera:
oxidacion: CO + 2 H20 + 4 NH3 ~
~ C032-+ 4NH4++ 2e-
Mn02 + 2 NH4+ + 2 e- ~~ Mn2+ + 2 NH3 + 20H-
precipitaclon C032- + Mn2+ ~ MnC03
reduccion:
surnando, se tiene:
Mn02 +CO +2 H20 + 2 NH3 ~
~ MnC03+2NH/ +20H
1 0 que es equivalente a:
Mn02 + COCacuoso)~ MnC03 (precipitado)
De esta manera. el manganeso se precipita lim-
piamente y queda en el residua junto al fierro. sin
contaminar las soluciones de aminas de cobre, de
nfquel y de cobalto, que pueden ser recuperadas a
continuacion por un proceso selectivo, como la ex·
traccion por solventes.
9.4.- Resumende la l.ixiviacion
de Minerales Oxidados
En la Tabla 9.11 se muestra en forma resumida
los distintos procesas disponibles para procesar por
ltxivlacion los distintas minerales oxidados.
9.5.- Bibliograffa de la l.ixiviacion
de Minerales Oxidados
Para ayudar en lacornprension y profundizacion de
aspectos especificos relacionados con laquimica de los
procesos de lixiviacion de minerales oxidados, que se
revisaron en este Capitulo Nueve, a continuacion se
presenta una lista de referencias seleccionadas.
Como orientacion general. se puede indicar que
en terrnlnos de metalurgia del aluminio, el trabajo de
P.Greenawayet al, constituye una buena orientacion
aplicada. En cuanto a los minerales oxidados de co-
bre. se proporcionan numerosas referencias que in-
cluyen descripciones de aplicaciones, tanto antiguas
como mas rnodernas. Adernas, en las monografias de
los capitulos finales de este libro se encuentran
descritas las operaciones mas recientes sobre
lixivlacion de minerales oxidados de cobre.
En cuanto a oxides complejos. ellibro de HYSohn
et ai, corresponde a una excelente recopilacion puesta
al dia para el tratamiento de esos minerales. Finalmen-
te. en relaclon al uranio. adernas de los textos clasi-
cos de RC.Merritt y de J.W.Clegg, tarnblen se reco-
mienda referirse a los dos trabajos de CREdwards.
de 1992 y de 2000, cuya labor de revision sirve de
puesta al dia en este importante terna.
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Hidrometalurgia: fundamentos. procesos y aplicaciones 263
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