UNIVERSIDAD DE ATACAMADEPARTAMENTO DE METALURGIAREALIZADO POR :JORGE GARCIA SOZAROBERTO PASTEN MONDACA

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.INTRODUCCION.Se analizarn aspectos termodinmicos,cinticos y otros generalidades sobre la lixiviacin en pila.Se estudiar el mtodo ms importante para la extraccin de oro, La Cianuracin.Se analizarn variables tpicas como el potencial y el pH del medio.Se representan en diagramas de Pourbaix.A travs de estos se puede predecir el comportamiento del metal y los minerales asociados.Adems se debe estudiar las velocidades de reaccin a travs de la cintica.Se buscarn entonces condiciones ptimas de operacin.

Se pude observar en el diagrama Au-H2O-CN :El oro es qumicamente estable.Dificultad para su puesta en solucin.Su carcter noble lo hace no reactivo con otros compuestos.Difcil disolucin con reactivos comunes usados en hidrometalurgia.El oro como catin simple en inestable en soluciones acuosas.Existen complejos estables como aniones complejos AuCl2- , Au(CN)2- , AuCl4- .Se desea lograr una estabilidad qumica en el sistema lixiviante.Para esto se utilizan agentes complejantes como cianuros alcalinos y en condiciones oxidantes.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.

Cuando se tiene cianuro en solucin este puede sufrir hidrlisis.En el diagrama de Pourbaix se observa que la recta tiene una pendiente pronunciada esto hasta el ph 9.24. CN- + H2O HCN + OH-En condiciones normales el HCN es gaseoso y un cido dbil pero muy letal para el organismoHCN CN- + H+

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

Se observa que la recta cambia a una posicin horizontal debido a la accin oxidante del oxgeno.Esto permite que la reaccin de lixiviacin por aurocianuros se realice.Si aumentamos la [OH-] se aumentar el ph y el reactivo extractante ser ms estable.Se evitar la formacin de HCN perdiendo menor cantidad de cianuro ,se tendr un proceso ms seguro.Usando cal como reactivo regulador para trabajar con pH entre 10 y 12 .Al introducir cianuro se reducen compuestos como Au(OH)3 , Au3+, HAuO3-2.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.

S e tiene: e = 1.69 + 0.06 log Se puede disolver de dos formas: poner en contacto el metal con una solucin con un potencial sobre 1.69, o bienDisminuir a valores bajos la actividad de Au+ lo cual permitir disminuir el potencial a valores negativos es aqu en este nivel donde los metales pueden ser puestos en solucin.Para esto utilizamos el mtodo de cianuracin .Cianuracin es un proceso electroqumico donde se oxida a las especies metlicas disolvindolas o hacindolas pasar a solucin de estas especies con actividades bajas.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

La siguiente figura muestra:La disolucin de Au en medio cianurado.Zona andicaAu+ + e Au e = 1.69 + 0.06 log [Au+]Au+ + 2CN- Au(CN)2- K= 1038.9

Au(CN)2- + e Au + 2CN- reaccin de oxidacin.eox = -0.61 + 0.06 log [Au(CN)-2] + 2 * 0.06 pCN-

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

ASPECTOS TERMODINMICOS.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.

Zona CatdicaReduccin de oxgeno sobre el metal:O2 + 2H2O + 2e H2O2 + 2 OH- O2 + 2H2O + 4e 4 OH-ered = 0.40 + log PO2 + 0.06 pOH-Aqu se puede apreciar el traspaso de electrones entre la fase lquida (cianuro y oxigeno disuelto) y la fase slida (metal). Tambin se observa la capa lmite de Nerst la cual variar su espesor dependiendo del mtodo de lixiviacin o el grado de agitacin. TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

Si se combinan eox y ered se tiene:Au(CN)2- + e Au + 2CN- /*22Au(CN)2- + 2e 2Au + 4CN-1/2O2 + H2O + 2e 2 OH-

2Au + 4CN- + 1/2O2 + H2O 2Au(CN)2- +2 OH- Reaccin de ELSNER.Esto es posible si ered > eox .TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

De lo anterior se tiene:0.06 Log

As entonces con una alta presin de O2 se favorece la disolucin de Oro.Se utiliza concentraciones moderadas de CN- debido a que altas concentraciones favorecen la formacin de HCN.Tambin concentraciones moderadas de OH- para as prevenir la hidrlisis del cianuro.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

El mecanismo de disolucin sera en su mayor parte el siguiente:2Au + 4CN- + O2 + 2H2O 2Au(CN)2- +2 OH- + H2O2Se utiliza el peroxido al ser un oxidante fuerte:H2O2 + 2e 2OH-2Au + 4CN- + H2O2 2Au(CN)2- +2 OH-Y solo una pequea parte disuelta por :2Au + 4CN- + 1/2O2 + H2O 2Au(CN)2- +2 OH-

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

Se busca tener la mxima extraccin en el menor tiempo y con costos mnimos.Es as como el metal debe entrar en contacto con la solucin.Se toma en consideracin la temperatura ambiente.Si se aumenta la temperatura disminuye tanto la solubilidad de oxgeno como la estabilidad del cianuro.Se debe identificar la etapa controlante.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

Existen 5 etapas :1. Difusin de reactantes desde la solucin hasta la interfase slido-lquido.2. Adsorcin de los reactantes en la superficie del slido.3. Reaccin qumica en la superficie del slido.4. Desorcin de los productos de la reaccin en la superficie del slido.5. Difusin de estos productos de la interfase slido-lquido a la solucin.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

Si la etapa controlante es el proceso qumico (2-3-4), la temperatura es la variable a modificar un incremento ayudara.Si la etapa controlante es la difusin (1-5) se podr acelerar aumentando la agitacin segn sea el caso.Basados en estudios cinticos la reaccin global depende tanto de la concentracin de cianuro como de la concentracin de oxgeno disuelto.Si la concentracin de cianuro es alta la velocidad global estar limitada por la difusin de oxigeno.Si la concentracin de cianuro es baja la velocidad global estar limitada por la difusin de cianuro.TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.ASPECTOS TERMODINMICOS.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO. CINTICA DE LA REACCIN. La disolucion del oro en soluciones de cianuro, es un proceso de corrosin electroquimica, en el cual, el oxigeno capta electrones en una zona de la superficie metalica (Zona catodica), mientras que el metal entrega electrones (Zona anodica).

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO. CINTICA DE LA REACCIN. Reaccin global : 2Au + 4CN- + O2 + 2H2O 2Au(CN)2- +2 OH- + H2O2

Es posible predecir que la disolucin del metal, pueda variar su velocidad por las concentraciones de CN- y O2 en la solucin.Dado que a P = 1 (atm) y 25C la solubilidad del O2 , en soluciones acuosas es muy baja (0,27x10-3 (mol/L)), y el cianuro libre esta entre 1-2 (gr/L), implica que en la practica la velocidad de disolucin esta controlada por la concentracion de O2 y su difusion hacia su superficie de ataque.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO. CINTICA DE LA REACCIN. De las consideraciones anteriores el mecanismo que toma lugar en una partcula de oro, considera entonces las reacciones electroqumicas y la difusin de cianuro y oxigeno, hasta la superficie de la partcula; esquematizado en la figura anterior.

Cuando el metal se encuentra al interior, en una roca porosa, el proceso puede ser tambien controlado por la difusin de la solucin hacia el interior de la roca.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO. CINTICA DE LA REACCIN. El aumento en la concentracin de cianuro libre, no acelera la reaccin.En general la cinetica de lixiviacin con cianuro sobre oro es lenta, debido principalmente ala solubilidad baja del oxigeno, que es fundamental en la reccin quimica.Por otra parte, la solubilidad del oxigeno y la estabilidad del cianuro disminuyen a medida que la temperatura aumenta, as, la temperatura de trabajo ambiental proporciona condiciones adecuadasde cianuracin.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO. CINTICA DE LA REACCIN. Si la particula de oro esta liberada, entonces la difucion a travez de la pelicula estancada de solucion que rodea la particula, es la que controla el proceso.Particulas grandes tendran un tiempo mayor de reaccion, y no alcanzaran a disolverse, y corresponde al llamado oro grueso, el cual se recomienda ser tratado por otro metodo diferente a la cianuracion (amalgamacion, concentracion gravitacional, por ejemplo)

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.VARIABLES OPERACIONALESSegn los aspectos termodinamicos y de cinetica se pueden obtener una serie de variables que afectan al proceso:Uno de los aspectos preliminares a considerar.Las caracteristicas que debe reunir el mineral.A. El oro debe estar finamente dividido en el mineral. La disolucin de oro grueso necesita mas tiempo.B. El mineral debe ser poroso par un mayor contacto con la solucin, si no debe reducirse el tamao.C. La presencia de agentes que compitan con el oro por el cianuro libre.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.VARIABLES OPERACIONALES1. Granulometria del mineral .

2. Concentracion de cianuro libre.

3. pH de la solucin.

4. Aireacin.

5. Temperatura.

6. Flujo de solucin.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.VARIABLES OPERACIONALES1. Granulometria del mineral: Determina el rea de exposicin del mineral del cianuro y condicionala disolucin de oro.Una granulometria fina provoca anegamientos de la pila.Necesario aglomeramiento antes del proceso.

2. Concentracion de cianuro :Se requiere una alta concentracin de CN-.As facilita la disolucin del metal.Se debe tener cuidado con la hidrlisis del CN-, dependiendo del mineral y del tratamiento previo.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.VARIABLES OPERACIONALES3. pH de la solucion: Por problemas de hidrlisis del cianuro se debe trabajar en un pH alcalino. El pH normal de trabajo esta entre 10 -11.Minimizando la perdida de CN-.

4. Aireacin:Una buena aireacin del mineral garantiza una adecuada presencia de oxgeno para la reaccin de cianuracin.Preferible construir la pila en zonas donde haya una alta circulacin de vientos.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.VARIABLES OPERACIONALES5. Temperatura:Es una variable que no se toma mucha importancia.La temperatura aumenta la velocidad de reaccion quimica.Disminuye la solubilidad del oxgeno y la estabilidad del cianuro en solucin.

6. Flujo de solucin :Un alto flujo de solucin en la pila asegura el adecuado gradiente de concentracin.(mejor extraccin).Aumentando la cinetica del proceso.Se ocupan tasas de regados entre 10-15 (1/h/m2)

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.VARIABLES OPERACIONALESExisten varias otras variables operacionales como la :Altura de la pila.Sistema de regado.Ciclo de operacin

Todas estas variables que se estudian en la construccin de la planta.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.LIXIVIACION EN PILASA. Cualidades de menas a lixiviar en pilas:Las menas deben reunir caracteristicas como:1. Tamao adecuado.2. Porosidad.3. Pobres en cianicidas.(sulfuros de Sb, Zn, Fe, Cu y As)4. Exenta de materiales carbonaceos.5. No contener exesivas cantidades de finos o arcillos.6. El mineral debe estar libre de constituyenyes que formen cidos consumidores de cal.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.LIXIVIACION EN PILASB. Aglomeracin de finos.Consiste en :1. Chancado.2. Agregados de agentes ligantes.3. Agragdo de cianuro concentrado y mezclar.4. Curado.5. Apilado e irrigacin.La aglomeracion de la mena chancada para producir un lecho poroso y uniforme, es un metodo viable para evitar problemas, como para disminuir el tiempo de ataque y elevar la extraccin.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.LIXIVIACION EN PILASC. Diseo de la cancha.El piso donde se deposita el material para la irrigacin debe ser impermeable a la solucin. Se construye de tal forma que permita colectar la solucin que percola y es transportada a los pozos, gracias a una pendiente y bermas que permiten guiar la solucin.D. Preparacion de la mena.La mayora de las menas necesitan preparacin para ser irriguiadas (aunque existen otros naturalmente porosos), lo que facilita el ataque, pero la mayora no lo son y necesitan ser chancadas; los finos dan altas extracciones pero una masas alta trae complicaciones y para esto son aglomeradas.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.LIXIVIACION EN PILASE. Existen dos metodos bsicos de lixiviacin en pilas:E.1 Lixiviacin de menas de mina :Este metodo procesa materiales porosos o que tienen baja ley, el tamao es generado por la tronadura en la explotacin de la mina.La irrigacin puede ser por muchos aos. Para ser econmico el tonelaje de la pila debe ser alto y la construccin de la cancha de bajo costo.E.2 Lixiviacin en menas chancadas :La pila formada son de 1,5 a 4 m de altura, de una granulometra 1 a 0,5 in. La altura de la pila depende de la permeabilidad del material.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.LIXIVIACION EN PILASF. Formacin de la pila :Normalmente la pila asemeja una piramide truncada, torta u otra forma geomtrica dependiendo de la cancha a utilizar, y generalmente se utiliza una correa mvil la cual distribuye homogeneamente el material, tambien a traves de cargadores, luego se empareja la pila manual o mecanicamente.

G. Sistema de irrigacin :El sistema de irrigacin consiste en tuberias de PVC perforadas, mangueras o aspersores giratorios distribuidos homogeneamente para irrigar la superficie y aportar oxigeno a la solucin.

TERMODINAMICA Y CINTICA DE LA LIXIVIACIN EN PILA PARA MINERALES DE ORO.LIXIVIACION EN PILASNota: Cuando a alcanzado su extraccin econmica, la irrigacin es suspendida; la pila puede ser desechada o el material removido a botadero de ripios, previo lavado con agua para remover el CN impregnante. H. Aspectos econmicos de la lixiviacin en pilas.La gran ventaja economica de la lixiviacin en pilas es el bajo costo de inversin y de operacin, los cuales varan de yacimiento desmonte beneficiado. Presentan bajo consumo de energa electrica, agua y personal de operacin.

UNIVERSIDAD DE ATACAMADEPARTAMENTO DE METALURGIA

REALIZADO POR :JORGE GARCIA SOZAROBERTO PASTEN MONDACA