Curso Metalurgia 2 Capitulo III 2015

CAPITULO III

FUNDAMENTOS DE
HIDROMETALURGIA

HIDROMETALURGIA
• La hidrometalurgia se refiere al empleo de las
soluciones acuosas como agente de disolución.
• Comprende procesos de disolución selectiva de
los valores metálicos presentes en los minerales
y su posterior recuperación de la solución.
• Etapas: lixiviación, concentración y precipitación.
• Los agentes lixiviantes son reactivosquímicos
usados para disolver el metal útil. Requisitos:
– Selectividad en la disolución del metal deseado.
– Facilidad de recuperación desde la solución.
– Bajo costo.

ETAPAS DE LA HIDROMETALURGIA

Hidrometalurgia

Lixiviación

Disolución del metal
valiosos presente en
el mineral para
llevarlo en forma de
ion a la solución.

Concentración
Purificación

Incremento de la
concentración del
metal deinterés y
eliminación de las
impurezas metálicas.

Precipitación

Obtención del metal
desde la solución
mediante métodos
electroquímicos o
químicos.

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS
• La
  reacción o semi-reacción electroquímica se
escribe en el sentido de la reducción:
• Condición de equilibrio sistema electroquímico:
•
•
•
•
•
•

E: potencial de la reacción electroquímica, V.
E°: potencial estándar de lareacción 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/V ó 96500 C.

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS
• Si
  se sustituye en la ecuación anterior T = 298 K
y los valores de las constantes R y F se tiene:
• Condición de equilibrio sistema electroquímico:
• La reacciónelectroquímica de reducción de Cu:
Cu2+ + 2eCu0
• La ecuación para el sistema en equilibrio es:

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS
• Para
E0, las especies están en estado estándar:
 
– Sólidos y líquidos puros.
– Especies disueltas en concentración 1 mol/litro.

• El potencial estándar de reacción se calcula:
– ν: coeficientes estequiométricos de reacción.
– µ: energías libres de formación, cal.

• También se puedecalcular por la expresión:

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS
• Se
  considera la semi-reacción:
Cu2+ + 2eCu0

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS
La ecuación obtenida permite calcular
los potenciales electroquímicos para
diferentes concentraciones de Cu2+.
Los resultados son los siguientes:
[Cu2+]

1

0,1

0,01

0,001

10-4

10-6

10-8

E (V.)

0,34

0,31

0,28

0,25

0,22

0,16

0,10

FUNDAMENTOSTERMODINAMICOS
• La termodinámica de los sistemas acuosos se
representa en los diagramas Pourbaix o Eh - pH.
• Son muy usados porque permiten visualizar las
posibilidades de reacción en medio acuoso, sin
necesidad del cálculo termodinámico.
• En el equilibrio termodinámico de especies en
solución acuosa, es relevante incluir los límites
de estabilidad del H2O en los diagramas Eh - pH.
• En el caso delcobre, la reacción de disolución
se representa por la semi-reacción de oxidación:
Cu0
Cu2+ + 2eE° = - 0,34 V.

DIAGRAMA Eh – pH SISTEMA Cu - H2O

TERMODINAMICA DE CIANURACION
• La reacción de lixiviación del oro con solución
de cianuro está dada por la ecuación de Elsner:
4Au + 8CN- + 2H2O + O2  4Au(CN)2- + 4OH• Es la resultante de 2 reacciones electroquímicas
que se producen simultáneamente:
Au +2CN- => Au(CN)2- + eV
O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-

E° = -0.6
E° = 0.4 V

DIAGRAMA Eh - pH SISTEMA Au-CN-H2O

CINETICA DE REACCION
Predice si la reacción ocurre en tiempo razonable.
Factor para evaluar la rentabilidad económica.
Optimizar la cinética permite mejorar el proceso.
Los productos están condicionados por la cinética.
La lixiviación férrica de la calcopirita y otro tipo de
sulfuros estermodinámicamente factible.
• La reacción total de lixiviación es:
•
•
•
•
•

CuFeS2 + 16Fe+3 + 8H2O

Cu2+ + 17Fe2+ + 2SO42- + 16H+

• Pero en la práctica, transcurridos de 100 días de
lixiviación, sólo se alcanza la disolución de: 5 % de
calcopirita, 50 % de calcosita y 80% de covelita.

CINETICA DE REACCION
• Reacción heterogénea que ocurre en la interfase,
con la transferencia de masa de una...