2. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
Se entiende por hidrometalurgia como los procesos de lixiviación selectiva (disolución)
de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. Entre
estos procesos encontramos 3 principales etapas de los procesos hidrometalurgicos:
proceso químico en el cual una o más sustancias (llamadas reactivos), por efecto de
un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos.
Sean: a,b,c,d : Coeficientes estequiométricos
Energía libre estándar de la reacción (energía de Gibbs)
3. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
En general una reacción electroquímica se escribe en el sentido de la reducción.
. .
Ox. : Especie oxidante
Red. : Especie reductora
n : Número de electrones que participan en la reacción
E: Potencial de la reacción electroquímica (V)
R: Constante de los gases (1.987 cal/mol.K )
T: Temperatura ( K )
n: Número de electrones que participan en la reacción
F: Constante de Faraday (23060 cal/volt.equival. o 96500 Coulomb )
[Ox]: Actividad de Ox.
[Red]: Actividad de Red.
E°: Potencial estándar de la reacción electroquímica
Cuando todos los compuestos que participan en la reacción están en su estado estándar sólidos y líquidos puros,
especies disueltas en una concentración de 1 mol/litro.
4. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
El equilibrio termodinámico de especies es en solución acuosa, es relevante incluir en los diagramas Eh - pH los
límites de estabilidad del agua.
Las semi-reacciones a considerar son:
Este diagrama es adecuado para analizar la lixiviación de óxidos simples como tenorita (CuO) y cuprita (Cu2O) o de
cobre nativo. Se consideran sucesivamente las diferentes reacciones entre las especies consideradas para el
diagrama Eh - pH del cobre. Cada reacción corresponde a una línea de equilibrio en el diagrama de Pourbaix.
Reacciones químicas propiamente tal, dependen sólo del pH. En este caso, se consideran actividades unitarias para
todas las especies metálicas en solución.
Reacciones electroquímicas, dependen del Eh y del pH.
La disolución de los óxidos simples de cobre es termodinámicamente posible en el dominio ácido y en presencia de
oxidantes. La tenorita (CuO) sólo necesita condiciones de pH, mientras que en esas condiciones, la cuprita (Cu2O)
necesita además la presencia de un agente oxidante (iones Fe3+, O2, u otros).Las reacciones son:
CuO + 2 H+ <=> Cu2+ + H2O y
Cu2O + 2H+ <=> 2 Cu2+ + H2O + 2 e-
Ox. + 2 e- <=> Red.
Cu2O + 2 H+ + Ox. <=> 2 Cu2+ + Red. + H2O
5. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
El diagrama ha sido trazado para actividades unitarias. Si se traza para otras actividades, por ejemplo 10-6
(diagramas de corrosión), aumentan el dominio de estabilidad de los iones, pero el diagrama mantiene su forma
produciéndose sólo desplazamientos paralelos de las rectas que limitan a estos iones.
Que una reacción sea termodinámicamente posible (ΔG<0) depende de la cinética de la reacción. Este factor es muy
importante para la concepción y la evaluación de la rentabilidad económica de todos los procesos hidrometalurgicos.
Reacción Homogénea: Reacción química u electroquímica en la cual todos los productos y reactantes pertenecen a
una sola y misma fase.
Reacción Heterogénea: Una reacción es heterogénea si tiene lugar en dos o más fases.
En general, las reacciones químicas se pueden escribir
A + B => C + D
A => B
A => B => C
6. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
Etapas de una
reacción
Transporte de masa de los Transporte de masa de los Reacción química o Transporte de masa de las
reactantes gaseosos a reactantes a través de la electroquímica en la superficie especies producidas a
del sólido, incluyendo adsorción y
través de la interfase gas - capa límite solución - desorpción en la superficie del través de la capa límite
líquido y posterior sólido, hacia la superficie sólido y/o a través de la doble hacia el seno de la
disolución del sólido. capa electroquímica. solución.
La etapa controlante de una reacción es la de velocidad más lenta.
El control de la reacción global puede ser:
- Por transporte de masa (etapa 1, 2 o 4)
- Por reacción química (etapa 3)
- Mixto
7. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
La difusión en fase homogénea es la etapa limitante más común en una reacción Hidrometalurgica. Es un proceso
que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusión es el gradiente de
concentración dentro de la fase.
La primera ley de FICK relaciona la cantidad de material que difunde por unidad de tiempo en una dirección
perpendicular a un plano de referencia de área unitaria con el gradiente de concentración de este.
La capa de difusión es una delgada capa de líquido adyacente a la interface sólido- líquido y que prácticamente se
adhiere al sólido, debido a que es necesario que la velocidad de la solución sea nula en la interface con el sólido.
Si la etapa limitante es la difusión, entonces la especie llega a la superficie y se consume inmediatamente; su
concentración es nula en la superficie del sólido.
El transporte de masa a través de la capa de difusión puede ser aumentado:
(1) Reduciendo el espesor de la capa de difusión.
(2) Aumentando el gradiente de concentración, esto es aumentando la concentración de la solución (C0).
(3) Aumentando la temperatura de la solución.
(4) Aumentando la superficie de contacto.
El espesor de la capa de difusión depende de la rugosidad del sólido, de la viscosidad de la solución, de la velocidad
de agitación y del grado de turbulencia y fuerzas de cizalle. δx disminuye cuando aumenta el grado de turbulencia.
La difusión a través de la capa de sólido que se va formando como producto de la reacción sobre el núcleo
reaccionante y/o a través de la capa de partículas inertes es un factor importante en prácticamente todos los
procesos heterogéneos.
Sin embargo, algunos procesos, como la lixiviación en pila, no pueden siempre ser
operados para mantener una solución homogénea.
8. RESUMEN DE HIDROMETALURGÍA
Tamaño de las Forma y textura de Factores
Efectos galvánicos Porosidad
partículas las partículas mineralógicos
•La superficie de •El efecto de la •Cuando dos •La velocidad de •La reactividad de
reacción aumenta forma de las minerales cualquier reacción los granos de
cuando disminuye partículas es poco conductores están aumenta con la minerales es
el tamaño de las importante en en contacto porosidad, ya que fuertemente
partículas. hidrometalurgía, y eléctrico en una la difusión es más afectada por
muy difícil de solución, el de fácil y/o hay una factores tales que
modelizar. potencial más mayor superficie orientación
electronegativo se de reacción. cristalina,
va a disolver inclusiones,
preferentemente. dislocaciones e
impurezas.
En general, la práctica industrial de la lixiviación presenta diferentes sistemas de operación que se seleccionan de
acuerdo a factores técnicos y económicos en el análisis de un proyecto, algunos de los cuales son: ley de la especie
de interés a recuperar, reservas de mineral, caracterización mineralógica y geológica, comportamiento metalúrgico,
capacidad de procesamiento, etc.
Una forma de clasificar los métodos de lixiviación es:
Lixiviación de lechos fijos:
- in situ, in place
- en botaderos
- en pilas
- en bateas
Lixiviación de pulpas:
- por agitación, a presión ambiente
- en autoclaves
