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5/7/2018 Fundamentos Teoricos Aplicables a Los Procesos de Hidrometalurgia

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CAPITULO TRESFundamentos Teorlcos Aplicables a los Procesosde Hidrometalurgia


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~i:;..CAPITULO TRES ~ .- . ; ; ; , :

Fundamen to s T eo ric os Ap lic ab le s a lo s P ro ce so s d e H id rometa lu rg ia-Engeneral. se pueden distinguir varias etapas de

proceso en latransforrnacion de unmineral hasta ob-tener el metal de interes que 1 0 constituye. Esto seapreciamejor mediante laFigura 3.1,que muestra unarepresentacion esquernatica de las pricipales Etapasde Proceso delaMetalurgia Extractiva,que compren-den la transforrnacion de un mineral hasta lograr elmetal de lnteres. Los procesos propios de laHidrometalurgiasedestacan escritos con negrita.

Sequn 1 0 ya discutido en la seccion 1.3.- Campode Accion de laHidrometalurgia, para el estudio deesta rama de la Metalurgia Extractivaseran relevan-tes aquellos procesos que involucran reacciones qui-micas y electroquimicas que se desarrollan enmedioacuoso, utilizando ciertas condiciones ffslcas. comotemperaturas moderadas - desde o'c y hasta unos+250DC - y un amplio rango de presiones, que vandesde condiciones de vacio, de unos pocoskilopascales, hasta unos 5.000 kPa.

3.1.- Importancia de la Qufmica deSoluciones, de la Termodinarnica yde la Cinetica en Hidrometalurgia

Engeneral, en Hidrometalurgia se encuentranreacciones del tipo solido/liquido. salvo en el caso

de la extracclon por solventes, donde se trabaja enun intercambio liquido/liquido. Tarnbien existencasos en que una fase gaseosa interviene en lareaccion, pero, en general, ello ocurre previa diso-lucion del gas en el llquldo. La reaccion entoncesseproduce en lamayoria de los casos en la interfasehquldc/soltdo y solo en algunos pocos casos entreel gas y elliquido 0 entre dos liquidos inmiscibles.Se trata, en consecuencia, de reaccionesheteroqenees.

Desde este punto de vista, entonces, es conve-niente conocer algunas generalidades propias dela Quimica de Soluciones. 1 0 cual se vera en lassecciones pertinentes del Capitulo 4 que sigue.Para esto, alii se cornenzara revisando algunosaspectos relativos a la estructura del solido, que eneste caso se trata de los minerales. A continuaclon.se revlsaran los aspectos mas relevantes referidosa la estructura del liquldo, es decir, del agua. Seterrnlnara con un repaso de 1 0 mas importanterespecto de los Ienomenos de disolucion.

En el plano de los fundamentos teoricos. perte-necientes al dominio de la Fisico-Quimica, las prin-cipales diferencias entre tratar los problemas de losprocesos a altas temperaturas - propios de laPirometalurgia - respecto a aquellos otros que sedesarrollan en fase acuosa y a temperaturas mode-radas - propios de la Hidrometalurgia - se refieren

Hidrornetalurgia: tundamentos. procesos y aplicaciones 35


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MINERAL

- In situ- Minerfa Tradicional

Recursos MarginalesReciclaje Secundario

ATAQUE QUIMICO- Tuesta 0Calcinacion

Fusion a Eje- Conversion a Metal Blanco

Conversion a Blister- l.ixivlacion (LX)

PRODUCCION DELMETAL

PREPARACION MECANICA

- Chancado- Molienda

CONCENTRACION PORMEDIOS FISICOS

- Concentraci6n Gravitacional- Concentraci6n por Flotacion- Concentraci6n Maqnetica

Concentraci6n Electrostatica

PURIFICACION Y/0 RECUPERACIONINTERMEDIA

- Cristalizacion por Saturacion- Extracclon por Solventes (SX)- Intercambio 16nico con Resinas (IX)- Adsorcion en Carbon Activado (CA)

- Precipitacion Galvimica- Heduccion con Gases- Descornposlcton Terrnica- Electro-Obtencion (EW)

Electr61isis de Sales Fundidas

METAL Al MERCADO

REFINACION

- Destilacion- Refino a Fuego- Electro-Refinaci6n (ER)

Figu,a 3. f.- Representecion esquemetice de las pricipele Etapas de Proceso de la Metalurgia Extractiva. que comprenden la trsnsiorme-cion de un mineral hasta log,a, el metal de interes. Los procesos propios de la Hidrometalurgia se destacan con negrita.

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FUNDAM ENTOS TEOR ICOS APL ICABLES A LOS PROCESOS DE H IDROM ETA lURG IA

central mente tanto a la termodinemic como a lacinetice.

De hecho. la cineiice trata de las velocidades enque los procesos, reacciones quimicas y fenornenosdifusionales ocurren. En carnbio.Ia termodinamicatie"ne quever con la posibilidad 0 imposibilidad de la ocu-rrencia de un determinado proceso 0 reacclon quirni-ca. Siendo disciplinas complementarias. no siemprepresentan la misma importancia relativa en las aplica-ciones practicas de los procesos de la MetalurgiaExtractiva.

En efecto. es distintivo de la Pirometalurgia quesus procesos. reacciones quimicas y fenornenos detransferencia de masas ocurran a altas temperaturas.En estas condiciones las reacciones son muy rapidasy los fenornenos de transferencia tarnbien ocurren encondiciones de alta aqltacion y turbulencia. Por esto,dichos procesos se determinan. desde el punto de vis"ta de los fundamentos teoricos de la Fisico-Quimice,practicarnente. utilizando solo factores y criteriostermodinamicos.

Es declr, en el estudio de un proceso de altastemperaturas solo sera relevante verificar si algo es.o no es. termodinamicarnente posible 0favorable paraconocer su probabilidad de ocurrencia. Por 1 0 tanto.en condiciones de altas temperaturas. como es 10normal en la Pirometalurgia. el comportamientoglobal del sistema se encuentra total mente subordl-nado ala termodinemice metalurgica.

En cambio. en las condiciones propias de laHidrometalurgia los procesos suceden a temperatu-ras bajas 0 moderadas y en fase acuosa. En estascondiciones. ocurre 10 contra rio: aun cuando la termo-dinemice metelurqic pueda ser muy favorable -medible a traves de una disminucion importante de la

energia libre de Gibbs, LlO grande y negativo - en lamayoria de los casos la lirnitacton estara dada por lacinetice. Esto puede ser tanto en cuanto a la veloci-dad de la reaccion quimica propiamente tal. como a larapidez en que ocurren los fenornenos de transportede masa ydifusionales involucrados. En ambos casos.el resultado observable y medible es una determina-da tasa de trensiormecion en el tiernpo.

Comparativamente con el caso anterior. a bajastemperaturas normal mente se tratara de procesosmucho mas lentos. Asi. para evaluar un procesodeterminado. en Hidrometalurgia interesara verificar.adernas de que este sea termodinemicemente post-ble 0 favorable. cual es la velocidad - cinetice - a laque ocurrira este proceso 0 transforrnaclon.

Por su parte. la cinetice, medida a traves de unacierta tasa de trensiormecion, entreqara valiosa infer-macion sobre los mecanismos de reaccion - sea deuna reaccion quimica propiamentetal. 0bien de feno"menos de transporte y difusionales - que controlan elproceso. Esto permite influir externamente sobre losmecanismos controlantesy acelerar las transforrnacio-nes buscadas. Hasta la fecha. existen muy pocos ante"cedentes y bases de datos clnetlcos propios de laHidrometalurgia, por 10 tanto. en la mayor parte de loscasos debe trabajarse con la informacion existenteprocedente de las industrias quimtcas.

Los capitulos que siguen estan dedlcados a en"tregar los elementos mas usual mente aplicados enHidrometalurgia con relaclon a los prlnclpios funda-mentales de la Quimica de Soluciones - en el Cepitu-104. -. de la Termodinemics Metalurgica - en el Capi"tulo 5. - y de la Cinetice Quimica - en el Capitulo 6. -

AI respecto de dichos temas de caracter teorlco yfundamental. debe enfatizarse clara mente que no es elproposito del presente texto entregar un tratamiento

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definitivoyconcluyente de cadauno de ellos.sino masbien. proporcionar s610lasherramientas elementalesque son mas relevantes para suaplicaci6n en el estu-dio de los procesos htdrornetalurqlcos y para lacom-prension y eventual modificaci6n de los fen6menos ytransformaciones que los controlan. Para un estudiomas profundo al respecto de las materias fundamen-tales antes sefialadas - tanto de la quimica de solu-clones. como de la termodinemice metekirqice y de lacinetics quimica - es necesario referirse a otros tex-tos especialmente dedicados al respecto.

3.2.- Referencias Bibl iograficasRelevantes

En relaclon al contexto de los fundamentos teo-ricos aplicables engeneral enMetalurgia Extractivay, en particular a la Hidrometalurgia. tanto en rela-ci6n a la quimica de soluciones, como a la termodi-nemice metelurqice y a la cinetice quimica, serecomiendan las siguientes referencias blblioqraft-cas mas relevantes:

38 Esteban M. Domic M.- .

.,- :-.. ~_ CAPITULO TRES ~~

Biswas. A.K. y Bashforth. G.R . . "The Physical Chemistry ofMetallurgical Processes", Chapman & Hall Ltd.. London.UK. 1962.

Burkin, A.R.. "The Chemistry of Hydrometallurgical Processes",D.Van Nostrand. New Jersey. 1966.

Castellan. Gilbert W. . "Physical Chemistry". Addison-WesleyPubl.Co., U.S.A.. 1971.

Garrels. R.M. y Christ, C.L, "Solutions. Minerals and Equilibria",Freeman Cooper & Co., California, 1965.

Gaskel. David R.. "Introduction to MetallurgicalThermodynamics", 2nd Ed.. Hemisphere Publ. Corp., U.S.A.,1981.

Gupta. C.K. y Mukherjee, T.K., "Hydrometallurgy in extractionProcesses" vol.I and II.CRC Press, U.S.A., 1990.

Habashi. F. . "A Textbook of Hydrometallurgy", MetallurgieExtractive Quebec, Canada, 1993.

Habashi. F. . "Kinetics of Metallurgical Processes". MetallurgieExtractive Quebec. Canada. 1999.

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