UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE METALURGIA CURSO: BIOMETALURGIA DOCENTE: Ing. ACOSTA.

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE METALURGIA CURSO: BIOMETALURGIA DOCENTE: Ing. ACOSTA CRESPO, Carlos Lizardo INTEGRANTES: MONAGO VARGAS, María HUAMAN MARCELO, Naomi SOTO PAUCAR, Percy CONDEZO RAMIREZ, Juan SEMESTRE: VIII

2 INTRODUCCION En el Perú la Industria Minera-Metalúrgica, es fuente de riqueza de mayor importancia dentro del contexto socio–económico. Dicha actividad se desarrolla en forma acelerada, gracias a las tecnologías limpias que son cada vez más diversificadas y acondicionadas a los procesos tradicionales. A partir del siglo XVIII, se utilizó el método de Lixiviación para la recuperación de minerales de cobre, posteriormente se avanzó y se aplicó en la recuperación de oro y plata, primeramente, para minerales oxidados y después para sulfurados.

3 LIXIVIACIÓN La lixiviación consiste en la disolución del elemento de interés del mineral, por acción de un agente lixiviante externo o suministrado directamente por el mineral en condiciones apropiadas. Los procesos de lixiviación presentan diferentes sistemas de operación los cuales se seleccionan de acuerdo a factores técnicos y económicos. Algunos de estos son:  Reservas del mineral.  Comportamiento metalúrgico.  Caracterización mineralógica y geológica.  Ley del elemento de interés en recuperar.  Capacidad de procesamiento.  Costos de operación y capital, entre otros.

4 TIPOS DE LIXIVIACIÓN LIXIVIACIÓN IN SITU – IN PLACE: La lixiviación in place consiste en la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras que la lixiviación in situ se relaciona a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado. LIXIVIACIÓN EN BOTADEROS: Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes no pueden ser tratados a través de métodos comunes.

5 LIXIVIACIÓN EN BATEAS: Esta técnica consiste en unir un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. LIXIVIACIÓN EN PILAS: Es un proceso que permite disolver el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una solución de ácido sulfúrico y agua.

6 LIXIVIACIÓN DE PIRITA PIRITA La pirita es reconocida bajo el nombre del oro de los tontos o el oro de los pobres. Es una variedad de mineral que se parece mucho al oro en estética, pero como es de suponer, su valor no es el mismo realmente. Hablamos de un tipo de mineral que tiene una fórmula química sencilla, que está dentro del grupo de los sulfuros. El mismo está formado por hierro en un 46.52% y por azufre en un 53.48%. Normalmente es un tipo de mineral con grano fino, macizo, globular y puede ser subfibroso. Hay que decir que es insoluble en agua.

7 USOS DE LA PIRITA La pirita se usa mucho para poder obtener ácido sulfúrico, gracias a que cuenta con un elevado porcentaje de azufre. Para poder obtener este ácido, hay que usar el tueste. Para conseguirlo, el mineral debe ser calentado a elevadas temperaturas acompañado de altas dosis de oxígeno. Con este se emana dióxido de azufre y más tarde de manera artificial se puede trasformar en trióxido de azufre. Una vez obtenido esto, solo hay que añadir agua y se consigue el ácido sulfúrico. También se usa como mena de hierro.

8 ESTUDIO ELECTROQUÍMICO DE LA LIXIVIACIÓN DE PIRITA La pirita es el mineral sulfurado más abundante en la corteza terrestre y se encuentra comúnmente en carbones, venas hidrotermales y en rocas sedimentarias. Cuando esta queda expuesta al ambiente por la actividad minera y metalúrgica, su oxidación es una causa de drenajes ácidos y problemas medio ambientales de considerable preocupación La disolución de pirita corresponde a una reacción de óxido-reducción, en la cual mientras la pirita se oxida iones férrico (Fe+3) y/u oxígeno (O2) son reducidos en la superficie del mineral.

9 En el caso particular de la pirita, estar acoplada a un mineral que sea más o menos inerte que ella provocará un aumento o una disminución de la corriente anódica, velocidad con la cual se disuelve. Específicamente para el caso del par galvánico pirita-calcopirita, la pirita actúa como cátodo y es protegida mientras que la calcopirita actúa como un ánodo y su oxidación se incrementa.

10 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto consiste en el estudio de la lixiviación química de pirita por efecto de ion férrico, es decir sin la intervención de acción bacteriana, con el fin de establecer las condiciones óptimas de oxidación del mineral de pirita. Para esto, se realizarán estudios de la disolución anódica de la pirita realizando barridos lineales de potencial en una celda electroquímica de tres electrodos en rango de pH entre 1,32 y 1,80 a 30ºC, así como estudiar la reducción de ion férrico sobre el mineral utilizando la misma técnica electroquímica para pH 1,54 y temperatura 30ºC, con la finalidad de determinar parámetros cinéticos y si el tipo de control electroquímico es por transferencia de carga, transferencia de masa o mixto.

11 MINERAL El mineral utilizado corresponde a una muestra de pirita, presente en el Laboratorio SOLUCIONES Para los experimentos se utilizaron soluciones con y sin presencia de fierro, fabricadas a partir de agua destilada desionizada y reactivos de grado analítico como:

12 EQUIPOS CELDAS ELECTROLITICAS Una corresponde a una celda de tres electrodos con capacidad de 150 mL para las mediciones de curva corriente-potencial, cuyos electrodos correspondieron a: - Un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata, contenido en un capilar Luggin Una corresponde a una celda de tres electrodos con capacidad de 150 mL para las mediciones de curva corriente-potencial, cuyos electrodos correspondieron a: - Un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata, contenido en un capilar Luggin Para el monitoreo de potenciales mixtos, se utilizó una celda de dos electrodos de capacidad 100 mL y un voltímetro digital. En este caso los electrodos utilizados fueron: - Referencia de plata/cloruro de plata y electrodo de pirita, para medir el potencial mixto, Para el monitoreo de potenciales mixtos, se utilizó una celda de dos electrodos de capacidad 100 mL y un voltímetro digital. En este caso los electrodos utilizados fueron: - Referencia de plata/cloruro de plata y electrodo de pirita, para medir el potencial mixto,

13 EQUIPOS APARATOS Para los ajustes de pH de las soluciones se utilizó un pH metro digital modelo CORNING pH meter 340. Para la medición de potenciales mixtos y potenciales redox se utilizó un Multímetro Digital 7150 Solartron Schlemberger. El agua destilada utilizada para la preparación de las soluciones se desionizó mediante la utilización de un equipo Millipore Simpak 1.

14 PREPARACIÓN DE ELECTRODOS DE PIRITA El electrodo de cobre consiste en un cubo de cobre unido a un alambre de cobre La cinta de carbono, de doble faz adhesiva, se utilizó para unir la pirita particulada al cobre, sin perder conductividad. En cada caso se pesó el electrodo con cinta sin mineral adherido y con mineral adherido, de manera de obtener la masa de pirita por diferencia de pesos.

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16 POTENCIOMETRÍAS DE BARRIDO LINEAL Con la celda electroquímica montada, según esquema y por medio de la utilización de la interface BAS 100 se realizaron potenciometrías de barrido lineal para determinar parámetros de las semi-reacciones anódica y catódica. Antes de iniciar cada barrido, se midió el potencial de reposo de cada sistema, estando bajo el burbujeo de nitrógeno y bajo condiciones de temperatura y pH determinados, en los rangos de 10ºC a 30ºC y pH 1,32 a pH 1,80. A partir del potencial observado, se fijó el potencial de inicio de barrido.

17 MONITOREO DE POTENCIALES MIXTOS Con la utilización de la celda electroquímica, se monitorearon los potenciales mixtos y redox en soluciones con distintas concentraciones de Fe+2 y Fe+3. A una temperatura fija de 30ºC, pH igual a 1,54 y burbujeo de nitrógeno, se monitorearon los potenciales durante dos minutos utilizando multímetro Solartron y cronómetro digital, en un volumen total de solución de 100 mL

18 MONITOREO DE POTENCIALES MIXTOS Los casos estudiados fueron: -Concentración de fierro total constante: para los casos de concentración de fierro total de 1,6, 2,3 y 3,0 g/L, se varió la razón [Fe+3]/[Fe+2], con el fin de determinar si la concentración total tiene un efecto significativo en la variación del potencial. -Concentración de ión ferroso constante: para concentraciones constantes de Fe+2 de 0,001 y 0,01 mol/L, se varió la concentración de Fe+3 entre 0,002 y 0,190 mol/L para determinar la influencia de este ión en el potencial. -Concentración de ión férrico constante: para concentraciones constantes de Fe+3 de 0,002 y 0,02 mol/L, se varió la concentración de Fe+2 entre 0,001 y 0,169 mol/L para determinar la influencia de este ión en el potencial.

19 CRONOAMPEROMETRÍA Con la utilización de la celda electroquímica, y la interface Solartron se monitoreó la corriente a través del tiempo, para un potencial dado. Este proceso se llevó a cabo en una solución ácida libre de fierro, a pH 1,54, temperatura de 30ºC y burbujeo de nitrógeno, durante 8 horas a un potencial constante de 600 mV vs Ag/AgCl anódico.

20 RESULTADOS se concluye que para una pirita con las características de la muestra utilizada y bajo las condiciones de operación de pH 1,54, temperatura de 30ºC y con burbujeo de nitrógeno, el potencial mixto es capaz de sufrir un cambio de máximo 270 mV al variar la cantidad de iones férrico y ferroso desde sólo presencia de Fe+2 a sólo presencia de Fe+3 inicialmente en la solución. De este mismo punto, se concluye que la corriente de disolución anódica puede sufrir una variación máxima de 2,015 A/g, en un rango que va desde los 6,08·10-4 A/g a 1,18 A/g.

21 LIXIVIACIÓN DE LA PIRROTITA

22 INTRODUCCIÓN  En el Perú la Industria Minera-Metalúrgica, es fuente de riqueza de mayor importancia dentro del contexto socio–económico. Dicha actividad se desarrolla en forma acelerada, gracias a las tecnologías limpias que son cada vez más diversificadas y acondicionadas a los procesos tradicionales.  Muchos depósitos minerales sulfurados de Oro y Plata, que contienen Pirita, Pirrotita, Calcopirita, Arsenopirita, etc., considerados no económicamente factibles por las bajas recuperaciones por el proceso de cianuración convencional y por el alto consumo de cianuro de sodio. En estos momentos pueden ser económicamente rentables aplicando el Proceso de Pre-Aireación en la lixiviación de estos minerales.

23 OBJETIVOS Dentro de los objetivos trazados para desarrollar el presente trabajo de tenemos:  Establecer la influencia del proceso de Pre-Aireación, como etapa previa al proceso de cianuración.  Determinar la influencia de los factores (pH y t) en el proceso de Pre- Aireación  Incrementar la recuperación de oro aplicando un modelo matemático que represente las operaciones de Pre-Tratamiento y cianuración.

24 VARIABLES  Tiempo de Pre- Aireación  pH de Pre- Aireación  Porcentaje de recuperación de oro  Consumo de cianuro  Consumo de óxido de calcio (cal)  Oxígeno disuelto en pulpa  Velocidad de agitación  Relación L/S

25 LA PIRROTITA ES MÁS REACTIVA QUE LA PIRITA.  la pirrotita es estable cuando está seca, pero se descompone rápidamente en presencia de agua y aire formando ácido sulfúrico, sulfato ferroso, sulfatos básicos de hierro, carbonatos e hidratos ferrosos. La velocidad de descomposición es significativamente mayor que para la pirita.  En soluciones alcalinas, precipita el hidróxido ferroso siendo subsiguientemente oxidado a hidróxido férrico. El alto consumo de oxigeno resultante de la reacción perjudica la eficiencia de la solución de cianuro para disolver oro.  La disolución de oro a partir de una mena pirrotítica es usualmente muy dependiente del valor del pH del medio cianurado. Por lo tanto, la alcalinidad de la pulpa debe ser controlada muy de cerca y cuidadosamente.

26 PROBLEMA RECUPERACION CON LA PIRROTITA  Si bien el método de extracción de oro más importante y empleado en la actualidad es la cianuración, no siempre es posible aplicarlo exitosamente en forma directa si no se tiene en cuenta las características del mineral o concentrado.  Las dificultades en el tratamiento por cianuración se presentan principalmente en minerales en que el oro está finamente diseminado en minerales sulfurados, sea que este se presente como oro libre o como oro encapsulado.

27  El problema de la cianuración de minerales sulfurados es que estos o los productos de su descomposición pueden reaccionar con el cianuro causando un excesivo consumo del citado reactivo o pueden reaccionar con el oxígeno de la solución de cianuro y desde luego reducir la velocidad de disolución de los minerales de oro.  El oro debe estar como partículas discretas y limpias.  Deben estar ausentes de impurezas que puedan inhibir la reacción.  Se debe disponer de un adecuado suministro de oxígeno.  Hasta donde concierne al segundo requerimiento, muchas minas de

28 COMO INFLUYE LA REFRACTORIEDAD  La refractariedad de las menas o concentrados es determinada por la resistencia que ofrecen estos materiales a la extracción directa de los metales preciosos por técnicas convencionales de cianuración alcalina. Esta refractariedad puede ser causada por:   Diseminación fina o encapsulamiento de oro fino en pirita o arsenopirita,  Presencia de elementos carbonáceos (que reprecipitan al oro disuelto),  Presencia de cianicidas (consumidores de cianuro); y  Presencia de agentes consumidores de oxígeno.

29 ETAPAS DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN :  Circuito de lixiviación  Circuito de separación sólido-líquido  Área de fusión y refinación  Zona de acarreo de colas  Es necesario una Pre-Aireación de la pulpa, ya que muchas menas contienen cantidades excesivas de consumidores de oxígeno. Deben trabajarse con pulpas de 44 a 48% de sólidos y aireada a un pH de 10,5 a 11 en Pachucas o tanques de agitación. La pulpa aireada es filtrada – para evitar la formación de cianicidas – el residuo formado es mezclado con la solución estéril (producto de la cementación y/o electrólisis del oro y elementos nobles que acompañan a este).

30 LIXIVIACION POR AGITACION (CIANURACION CONVENCIONAL)  La mena molida a tamaños menores a las 150 mallas(aproximadamentetamaños menores a los 105 micrones), es agitada con solución cianurada por tiempos que van desde las 6 hasta las 72 horas. La concentración de la solución cianurada está en el rango de 200 a 800 ppm (partes por millónequivale agramos decianuro por metro cúbico de solución).  El pH debe ser alto, entre 10 y11, para evitar la pérdida de cianuro por hidrólisis (generaciónde gas cianhídrico,HCN, altamente venenoso) y para neutralizar loscomponentes ácidos de lamena. Para evitar lo anterior se usa cal, paramantener el pH alcalino. Seadiciona lo necesario para mantener laconcentración de CaO libre en la soluciónpor encima 100 g/m3.

31  La pirrotita se descompone tan fácilmente que su presencia en la mena causa consumo de cianuro. Mineral considerado como un poderoso reductor de losminerales sulfurosos de hierro.  La pirrotina tieneun átomo flojamente sostenido que fácilmente reacciona con el cianuro paraformar tiocianato:Fe5S6 + NaCN = NaCNS + 5FeS  El sulfuro ferroso se oxida rápidamente a sulfato, el cual reacciona con elcianuro para formar ferrocianuro:FeS + 2 O2  FeSO4 (11)FeSO4 + 6NaCN =Fe(CN)4-6+ Na2SO4 De esta manera, la pirrotina no solo es cianicida sino que consume el oxígenode la solución lo cual es necesario para la disolución de oro.

32 A NIVEL LABORATORIO  Pesar 70 g de la muestra de mineral, trasvasar a un vaso de precipitados de 600 mL, agregar 200 mL de la solución de NaCN 1,5 g/L.  Colocar el vaso con la muestra y la solución en el baño maría, controlar la temperatura a 20 ± 2 ºC y el pH a 10,5 ± 0,3.  Agitar la mezcla a una velocidad constante, dejar transcurrir de 24 horas.  Filtrar, mandar analizar el filtrado por oro y plata, para la conservación de la muestra agregar 10 mL de agua regia al 25 %.

33  Realizar los mismos pasos que en la Lixiviación por Cianuración sin pre tratamiento, la única diferencia es que la muestra utilizada será el residuo obtenido en el pre tratamiento o lixiviación alcalina (lixiviación con Na2S y NaOH).  Un resumen de las condiciones experimentales utilizadas durante los procesos de lixiviación alcalina o pre tratamiento y lixiviación por cianuración.

34 LIXIVIACIÓN DE LA MARCASITA

35 El disulfuro de hierro (FeS2) se puede encontrar en abundancia en yacimientos minerales. Morfológicamente se distinguen dos tipos: la pirita de estructura cúbica y la marcasita de estructura ortorrómbica. Esta diferencia les proporciona además propiedades termodinámicas diferentes. Algunas propiedades mecánicas y termodinámicas de la pirita y marcasita LIXIVIACION DE MARCASITA

36 Celda cúbica centrada en las caras de la pirita, a=0,542. ii) Celda ortorrómbica de la marcasita, a=0,444 b=0,542 c=0,339

37 Al estudiar la biolixiviación del disulfuro de hierro en sus dos morfologías, marcasita y pirita, se ha observado que la marcasita es menos recalcitrante tanto a la oxidación biológica como a la puramente química en comparación con la pirita. La disolución tanto de pirita como marcasita fue ampliamente acelerada al incrementar la temperatura desde los estudios a 22°C hasta los de 65°C. En el rango de los microorganismos mesófilos la lixiviación de la marcasita alcanzó un valor 5 veces más alto que la pirita. Esta diferencia disminuyó hasta 1,2 veces en la biolixiviación por termófilos y termófilos moderados. En el caso de la marcasita la diferencia en la recuperación de fierro entre los experimentos bióticos y abióticos es bastante baja en las diferentes temperaturas estudiadas. Sin embargo, se aprecia una notoria diferencia en la lixiviación de la pirita, ya que en presencia de bacterias la recuperación de fierro es al menos 4 veces mayor que en ausencia de microorganismos para los diferentes rangos de temperatura.

38 Las reacciones que tienen lugar son : Son reacciones de gran importancia en la disolución de sulfuros y tiene lugar en las menas que los contiene.

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