Procesos Clave en Metalurgia Extractiva: Extracción por Solvente, Lixiviación y Recuperación de Metales
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Extracción por Solvente en Metalurgia
La extracción por solvente es un proceso fundamental en la metalurgia extractiva, especialmente para la recuperación de metales como el cobre. Se basa en el intercambio de iones entre una fase acuosa y una fase orgánica.
Flujoac([Cu2+]inicial, acuoso - [Cu2+]final, acuoso) = Flujoorg([Cu2+]final, orgánico - [Cu2+]inicial, orgánico)
Curva Operacional en Extracción por Solvente
La curva operacional representa el equilibrio y las condiciones de operación del proceso de extracción. Los puntos clave son:
- ([Cu2+]inicial, orgánico; [Cu2+]final, acuoso)
- ([Cu2+]inicial, acuoso; [Cu2+]final, orgánico)
Orgánico Gráfico / Acuoso Gráfico / Acuoso Corregido (gr/L)
Flujo acuoso (arriba →) Flujo orgánico (abajo →)
¿Qué es el Stripping en Procesos Metalúrgicos?
El stripping es una etapa crucial en la extracción por solvente, donde el metal extraído de la fase orgánica es transferido de nuevo a una fase acuosa.
Ecuación de Stripping
La reacción de extracción de cobre por un extractante orgánico (RH) se representa como:
Cu2+(ac) + 2RH(org) ↔ R2Cu(org) + 2H+(ac)
El stripping es la etapa donde esta reacción se invierte, liberando el cobre a una fase acuosa:
R2Cu(org) + 2H+(ac) → Cu2+(ac) + 2RH(org)
Es la etapa del proceso de Extracción por Solvente (SX) donde el reactivo orgánico, cargado con el metal, descarga dicho metal a una fase acuosa, obteniendo una solución con un menor grado de impurezas.
Bacterias Clave en Biolixiviación y sus Funciones
La biolixiviación es un proceso biotecnológico que utiliza microorganismos para disolver metales de minerales. Dos bacterias importantes en este proceso son:
- Thiobacillus ferrooxidans: Esta bacteria oxida Fe2+ a Fe3+, también U4+ y S0.
- Thiobacillus thiooxidans: Oxida S0.
Ambas bacterias almacenan enlaces de alta energía, usan compuestos de alto poder calorífico, son aeróbicas y autótrofas.
La Cementación en Metalurgia: Proceso y Ecuaciones
La cementación es un proceso hidrometalúrgico utilizado para la recuperación de metales. En la cementación se reduce el cobre (Cu) y se oxida el hierro (Fe). Este proceso está estrechamente relacionado con el esquema LPF (Lixiviación-Precipitación-Flotación).
Ecuación de Cementación
Ecuación principal: 2Cu+(ac) + Fe0(s) → 2Cu0(s) + Fe2+(ac)
Ecuación Relacionada (LPF)
Una ecuación representativa de la lixiviación en el contexto LPF podría ser:
CuO(s) + H2SO4(ac) → CuSO4(ac) + H2O(l)
(Nota: La ecuación original presentaba una formulación inusual. Se ha ajustado a una reacción de lixiviación de óxido de cobre más estándar para claridad y precisión química, manteniendo el contexto de LPF.)
Diferencias Clave entre Dump Leaching y Heap Leaching
(Botaderos vs. Pilas de Lixiviación)
Existen diferencias significativas entre el dump leaching (lixiviación en botaderos) y el heap leaching (lixiviación en pilas), principalmente en la calidad del mineral y el control del proceso:
- Leyes de Minerales: Las leyes de los minerales son menores en los botaderos que en las pilas.
- Granulometría: La granulometría es distinta; el material de los botaderos se utiliza tal cual sale de la mina, mientras que el de las pilas requiere un chancado más fino.
- Recuperación: La recuperación es mayor en las pilas (70-85%) que en los botaderos (40-60%).
El Proceso Merrill-Crowe: Recuperación de Oro y Plata
El proceso Merrill-Crowe es una técnica fundamental utilizada en la recuperación de oro (Au) y plata (Ag) de soluciones cianuradas. Consiste en la adición de zinc en polvo y sales de plomo a la solución cianurada. El oro se separa y precipita, mientras que el zinc en polvo se combina con el cianuro. Posteriormente, el precipitado se funde para obtener el oro. Es importante recordar que durante esta etapa del proceso se generan la "solución estéril" ("barren solution") y el descarte o "slag material" que contiene metales pesados. Estas escorias se descargan habitualmente en las pilas de desecho ("colas").
La solución estéril puede ser destinada a un ciclo abierto, en cuyo caso se diluye y luego se descarga a cursos de agua, o a un ciclo cerrado para minimizar el consumo de cianuro.
Ecuaciones Clave del Proceso Merrill-Crowe
Disolución del Oro (Ecuación de Elsner)
4Au(s) + 8NaCN(ac) + O2(g) + 2H2O(l) → 4Na[Au(CN)2](ac) + 4NaOH(ac)
Forma Iónica de la Disolución
4Au(s) + 8CN-(ac) + O2(g) + 2H2O(l) → 4[Au(CN)2]-(ac) + 4OH-(ac)
Precipitación de Oro con Zinc (Merrill-Crowe)
2[Au(CN)2]-(ac) + Zn(s) → 2Au(s) + [Zn(CN)4]2-(ac)
Causas de Problemas en la Precipitación de Zinc (Merrill-Crowe)
Los problemas en la precipitación de zinc durante el proceso Merrill-Crowe se deben a tres causas principales:
- Demasiado oxígeno en la solución: El oxígeno puede reoxidar el oro precipitado o el zinc, reduciendo la eficiencia.
- Insuficiencia de zinc: Esto puede ocurrir si la cantidad de oro en la solución ha aumentado o si la solución está contaminada con otras especies que consumen zinc.
- Insuficiencia de cianuro libre o cal en la solución: Ambos son cruciales para mantener la estabilidad de la solución y la eficiencia de la precipitación.
Nota: Un exceso de cianuro libre en la solución, aunque no es una causa directa de "problema" en la precipitación, sí resultará en un consumo excesivo de zinc, lo cual es ineficiente económicamente.
Definición de Refino en Extracción por Solvente
El refino es la solución acuosa diluida en cobre que sale de la etapa de Extracción por Solvente (SX) después de que el cobre ha sido transferido a la fase orgánica. Su concentración típica de cobre es de aproximadamente 0.5 g/L.
Oro Refinado: Calidad y Certificación "Good Delivery"
La calidad del oro aceptado internacionalmente corresponde al oro refinado, el cual debe alcanzar un contenido mínimo de 995 partes por mil (99.5% de pureza) y ser respaldado por el prestigioso sello "Good Delivery". Este sello es otorgado por fundidores-ensayadores reconocidos y registrados en el London Gold Market, que han cumplido con rigurosas exigencias para ejercer el derecho de estampar su sello en los lingotes de oro.
Metal Blanco y Escoria en Procesos de Fundición de Cobre
Metal Blanco
El metal blanco corresponde a la fase más pesada del material fundido en un convertidor de cobre, ubicándose en la parte inferior. Su composición típica es de 70% a 75% de cobre.
Escoria
La escoria es la fase más liviana del material fundido. Se envía de vuelta al horno de reverbero o a hornos específicos para limpieza de escoria, con el fin de recuperar el contenido de cobre remanente.
