Procesos Metalúrgicos del Cobre: Flotación, Lixiviación y Extracción por Solventes

Procesos Metalúrgicos para la Recuperación de Cobre

1. Flotación de Minerales Sulfurados

La flotación es un proceso fisicoquímico que confiere características hidrofóbicas y aerofílicas a un mineral sulfurado, permitiendo su separación de la ganga. Ejemplos de minerales tratados incluyen la calcopirita, bornita, calcosina, covelina y enargita.

• Rango de liberación: Generalmente entre 50 y 100 micrones.

1.1. Circuitos de Flotación

Circuito Rougher

En esta etapa, se busca eliminar una gran parte de la ganga. Se logran altas recuperaciones (60-70% de Cu) pero con una baja ley del concentrado (3-5% de Cu).

Circuito Scavenger o de Barrido

El objetivo principal es aumentar la recuperación de los relaves del circuito rougher, buscando una recuperación metalúrgica cercana al 80% (con una ley de 10-15% de Cu). Este circuito produce los relaves finales del proceso y un concentrado que puede realimentarse a la alimentación de flotación o a una etapa de remolienda.

Circuito Cleaner o de Limpieza

Esta etapa tiene como fin incrementar la ley de los concentrados provenientes de los circuitos rougher o scavenger para alcanzar leyes de concentrado aceptables (típicamente >26% de Cu, con una recuperación metalúrgica del 85-90%). Normalmente, se requiere un mayor grado de liberación del mineral que en las etapas anteriores.

2. Lixiviación: Extracción Hidrometalúrgica

La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que consiste en extraer la especie de interés (cobre) contenida en un material llamado mineral, utilizando una solución lixiviante para transformarlo en sulfatos en solución.

• Tamaño de partícula: Aproximadamente 3/8 pulgadas.
• Soluciones típicas:
  • PLS (Pregnant Leach Solution): 2-5 g/L Cu / 2-5 g/L H₂SO₄
  • ILS (Intermediate Leach Solution): 1-3 g/L Cu / 10-17 g/L H₂SO₄
  • SP (Spent Solution): 0,1-1,3 g/L Cu / 20-35 g/L H₂SO₄

2.1. Reacciones y Consideraciones en la Lixiviación

• La disolución de la atacamita genera cloruro de cobre, el cual precipita y se deposita en los ripios.
• El cloruro de hierro genera cristales.
• La calcita es una alta consumidora de ácido y genera CO₂.
• La cuprita no es favorable para el proceso de lixiviación.

2.2. Ciclo de Riego en Pilas de Lixiviación

El proceso de riego en pilas de lixiviación sigue un ciclo específico:

1. Una pila activa se riega con ILS (Intermediate Leach Solution).
2. Una pila agotada se riega con SP (Spent Solution).
3. Posteriormente, la pila se lava con agua.
4. La solución resultante de este lavado se incorpora al ILS.

3. Extracción por Solventes (SX)

La extracción por solventes es una etapa crucial en la hidrometalurgia del cobre, permitiendo la purificación y concentración del cobre disuelto.

3.1. Ventajas de la Extracción por Solventes (SX)

• Se obtienen cátodos comerciales de alta pureza (99.999%).
• Permite tratar minerales de muy baja ley o ripios existentes en botaderos.
• Los costos de producción son atractivamente bajos.
• Es un proceso que no genera contaminación ambiental significativa.
• Permite la recuperación de otras especies de valor utilizando etapas intermedias o tecnologías diferentes.

3.2. Etapas del Proceso SX

Extracción

Se realiza a un pH de 1,5 a 2,4. La reacción principal es:

2RH + Cu2+SO42- → R2Cu + 2H+SO42-

Lavado

Esta etapa sirve para eliminar impurezas (especialmente el cloro) que el orgánico cargado arrastra a la etapa de reextracción (E1) antes de su paso a la reextracción.

Reextracción (Stripping)

El orgánico cargado se contacta en una o más etapas con el electrolito descargado (spent), que retorna de la electroobtención (EW) a la extracción por solventes (SX) con 30 a 33 g/L de Cu y 170 g/L de ácido.

R2Cu + 2H+SO42- → 2RH + Cu2+SO42-

3.3. Fenómenos Asociados a la Extracción por Solventes

Emulsión

Mezcla estable de un líquido en otro líquido.

Dispersión

Mezcla inestable o transitoria, cuya estabilidad depende de la forma, tamaño y ubicación del impulsor.

Borra

Emulsión estabilizada que generalmente se forma en la interfase entre la fase acuosa y orgánica, posiblemente con la presencia de bacterias y hongos. Se trata mediante centrifugación, ruptura mecánica, filtración o agitación con arcillas.

3.4. Configuración de Mezcladores-Decantadores en SX

4. Electroobtención (EW)

4.1. Objetivo de la Electroobtención

El objetivo principal de la electroobtención es obtener cátodos de cobre de alta pureza y operar con la mayor eficiencia de corriente posible.

• ER (Electrolito Rico): [45-55 g/L Cu] [140-150 g/L H₂SO₄]
• EP (Electrolito Pobre o Spent): [35-45 g/L Cu] [155-170 g/L H₂SO₄]

4.2. Impurezas Críticas en el Electrolito

El control de impurezas es fundamental para la calidad del cátodo y la eficiencia del proceso:

• Cl^- (Cloruro): < 0,05 g/L. Produce corrosión anódica y la formación de cloruro de cobre.
• Fe³⁺ (Hierro Férrico): < 1,5 g/L. Causa redisolución catódica y una baja eficiencia de corriente.
• Mn (Manganeso): < 0,04 g/L. Degrada el orgánico, lo que lleva a la pérdida de sus propiedades de carguío, y puede causar que la celda se ponga de color púrpura.