X
Logo Minería
login

Inicie sesión aquí

RECUPERACIÓN DEL TELURO DEL AGUA MADRE EN LA REFINERÍA DE COBRE DE ILO

Por: Ing. Juan Rafael Beltrán Postigo, refinería de cobre de Ilo, Southern Peru.


Resumen 

Como subproducto del proceso de la refinación electrolítica del cobre, se obtienen los lodos anódicos, con alto contenido de cobre (>30%). Estos lodos son lixiviados con la finalidad de bajar el contenido cuprífero a menos de 2%, para su posterior tratamiento en la planta de metales preciosos, donde se recupera oro, plata y selenio.

La solución de lixiviación (agua madre), contiene varios elementos como: arsénico, antimonio, bismuto, selenio y teluro. Nuestro objetivo es la recuperación del teluro de la solución de agua madre, ya que, en la actualidad, esta es descartada para LESDE. 

Se llevaron a cabo pruebas a nivel de laboratorio e industrial, para esta recuperación. En el proceso de refinación de cobre, en la refinería de Ilo, este elemento es considerado una impureza importante, debido mayormente al potencial riesgo de contaminación del circuito que hasta puede llegar a malograr la calidad química y física del depósito catódico, cuando no se maneja en la forma adecuada.

Las pruebas realizadas se basan en el método de cementación, permitiendo extraer el telurio en forma separada y comercializable.

La solución a procesar (agua madre) se carga en un reactor, el mismo que se calienta por aplicación directa de vapor, logrando el incremento de la temperatura y la agitación de la solución. El material reductor utilizado es cobre catódico, en forma de láminas huecas, retazos y nódulos. El tiempo promedio del proceso es de 24 horas. Se realiza un monitoreo y análisis continuo.   

En las pruebas desarrolladas en planta se alcanza una extracción de 24% de Te, de la solución inicial, teniendo como parámetros de operación una temperatura de 85 °C, la aplicación directa de vapor permite el calentamiento y agitación.  

La extracción del teluro por este método permitirá dar mayor valor agregado a los subproductos de la refinería.

Objetivos

1. Minimizar la concentración de teluro de la solución de agua madre, producto de la lixiviación de lodo anódico, por el proceso de cementación de teluro con cobre.

2. El teluro es un elemento que puede contaminar los cátodos, si su concentración se incrementa en electrólito de las celdas comerciales.

3. Proponer un sistema de remoción de teluro, en la planta purificación. 

4. Estas pruebas nos permiten demostrar que podemos recuperar otros elementos que contiene la materia prima, que son los ánodos.

Introducción

Durante el tiempo de operación de la refinería de cobre, el teluro, así como el selenio han ocasionado problemas operativos en la calidad de depósito, contaminándolo tanto química o físicamente con presencia de nodulación, cortos circuitos, bajando los niveles de eficiencia de corriente e incremento del número de cátodos rechazados. Es decir, se debe mantener un nivel aceptable de teluro en el electrolito del circuito.

Por las características del proceso productivo tenemos una acumulación periódica de teluro en el sistema, puesto que existe una carga circulante de impurezas entre planta de ánodos y el circuito de la planta electrolítica, que debe conllevar a un análisis para la remoción periódica de este elemento.

El presente trabajo es resultado de experiencias y pruebas preliminares tanto a nivel laboratorio como en la planta de purificación, con el objetivo de elevar cada vez más los niveles de remoción de teluro del sistema. Por la experimentación desarrollada en esta etapa, las modificaciones realizadas en planta, se conoce más el proceso de cementación, así como las principales variables que influyen en el proceso, las cuales se resumen a continuación.

Detalles experimentales

Para el presente estudio se ha tomado en cuenta el fundamento, antecedentes, descripción del proceso, evaluación y selección de la alternativa más viable en cuanto a operación en planta, los diagramas de flujo, materiales, volúmenes, equipos involucrados, modificaciones en el circuito, entre otros detalles, considerados en el plan de trabajo y alternativas, incluyendo los materiales, instalaciones, análisis químicos, etc. 

Para efectuar las pruebas se contó con el apoyo del personal del área, que se involucró en las pruebas.

Se desarrollaron ensayos a nivel de laboratorio e industrial, con la finalidad de encontrar los parámetros adecuados de operación y su recuperación.

Pruebas a nivel de laboratorio

Objetivo  

Realizar pruebas a nivel de laboratorio para recuperar el teluro presente en la solución de agua madre, mediante la precipitación de Te por cementación con cobre.

Introducción

Los procesos químicos de nuevas alternativas hidrometalúrgicas para el tratamiento de impurezas en refinerías de cobre, sugieren tener alta recuperación de metales en los lodos anódicos, minimizar el retorno de impurezas metálicas, la eliminación de la recirculación de ciertos metales, así como la práctica de precipitación del teluro en sistemas de reactores aislados mediante cementación con cobre, lo que les toma un promedio de 12 a 24 horas de proceso.

Nosotros empleamos un reactor discontinuo (Bach) a nivel laboratorio donde evaluamos el porcentaje de recuperación del Te de la solución (precipitación de Te), logrando así reducir el Te de la solución.

Marco conceptual

El teluro es precipitado mediante la siguiente reacción química:

H2TeO3 + 4Cu + 2H2SO4 ⊆ Cu2Te + 2CuSO4 + 3H2O

La reacción química depende del tamaño de las partículas de cobre, temperatura y agitación; el proceso es llevado a cabo en reactores Bach o discontinuos; los tiempos de reacción podrían tomar de 12 a 24 horas, mientras que los reactores son cerrados para evitar exposición de la solución al aire, esto puede incrementar grandemente el consumo de cobre con lo que se puede llegar a niveles de 10 ppm de teluro en la solución final.

Equipo y materiales

ν Vaso de 2.000 ml.

ν Nódulos de cobre.

ν Agua madre.

ν Ácido recuperado.

ν Termómetro.

ν Fuente térmica.

ν Varilla de agitación.

ν Otros.

Procedimiento

Se toma muestras iniciales, intermedias, así como finales. El proceso se lleva a cabo en condiciones isotérmicas y de volumen constante, se ha dividido en 2 etapas de 3 horas. Cada una totalizando una corrida de 6 horas, el resultado de las principales observaciones y ensayos son registrados para los cálculos finales.

Condiciones del proceso

Las condiciones del proceso las podemos observar en la Tabla 1.

Reactivos

Los reactivos utilizados se detallan en la Tabla 2.

Resultados cinéticos recalculados y temperatura

Los resultados cinéticos y de temperatura se muestran en las Figuras 1 y 2.

Resultados de cálculos

Los resultados de los cálculos realizados se presentan en la Tabla 3.

Conclusiones y sugerencias

1. El porcentaje de precipitación de Te es de 80.96% durante las tres primeras horas, llegando a precipitar un total de 99.93% al concluir las 6 horas del Bach test, demostrando una buena alternativa para remover el Te presente en la solución de agua madre y ácido recuperado.

2. La velocidad de la reacción (cinética química) del teluro muestra también una alternativa que nos permitirá determinar y reducir el tiempo del proceso de cementación. La curva cinética suavizada demuestra un tiempo recomendable de 4 horas a nivel laboratorio.

3. Se sugiere realizar pruebas del efecto de la acidez o pH para determinar el valor óptimo, en la medida que el ácido determina la velocidad precipitación del Te.

4. De acuerdo a los resultados se llega a obtener 0.0009 g/l de Te (menor a 1 ppm), lo que demuestra un eficiente proceso de purificación o tratamiento de impurezas.

5. Estos resultados demuestran que es factible realizar pruebas en planta para su evaluación, así como ensayos en laboratorio con decoperizado para determinaciones cinéticas.

Pruebas a nivel industrial

Objetivos  

1. Precipitar el teluro presente de las soluciones mediante un escalamiento y pruebas en planta.

2. Evaluar el porcentaje de precipitación del teluro con diferentes niveles de acidez con pruebas en la planta de purificación.

3. Evaluar y comparar el comportamiento de la precipitación del teluro entre las pruebas de planta y laboratorio.

4. Evaluar el contenido del cemento de teluro.

Generalidades

Las pruebas preliminares obtenidas en reactores discontinuos o Bach y a nivel laboratorio en la planta de purificación muestran datos y parámetros de operación que permiten obtener resultados para el escalamiento y pruebas a nivel industrial; estos posibilitan calcular el volumen total de solución a procesar, volumen de soluciones parciales a mezclar, la concentración de reactivos, temperaturas y tiempos de reacción, entre otras variables.

Después de correr la prueba y ser analizadas las muestras se realizan los cálculos con el fin de evaluar la cantidad y porcentaje total precipitado. Por otro lado, evaluamos las prácticas operativas, sus deficiencias y nuevas alternativas operativas y de proceso para lograr los objetivos de máximos porcentajes de precipitación del teluro presente en las soluciones procesadas en la planta.

Materiales, equipos y procedimiento

Se considera emplear un reactor Bach o discontinuo con la característica de cargar el material reaccionante, procesar y descargar los productos. El material y los equipos empleados en estas pruebas toman en consideración las actuales instalaciones del proceso de lixiviación de lodos anódicos de la planta de purificación. 

Consideramos emplear el tanque de oxidación C-27-6 como reactor Bach para la cementación del teluro. La fuente térmica para lograr la temperatura de operación es el vapor inyectado en el seno de la solución reaccionante. Se utilizan también láminas rechazadas de cobre y mezcla de soluciones de agua madre, decoperizado y ácido recuperado. La cantidad de ácido es determinado mediante un balance de masa para las diferentes mezclas a reaccionar.

El procedimiento consiste básicamente en acondicionar la mezcla de soluciones y el cobre para la cementación, se inicia el calentamiento con la inyección de vapor y se mantiene la temperatura de operación mediante un control On/Off de flujo de vapor, se inyecta también aire muy periódicamente y en mínimas proporciones con la finalidad de homogenizar la mezcla para un muestreo periódico y su ensayo químico correspondiente, finalmente se realiza un monitoreo y seguimiento del proceso.

Condiciones del proceso

Los datos de las pre-pruebas y el resultado del escalamiento muestran las condiciones de operación y proceso presentadas en la Tabla 4.

Material procesado

El material procesado se detalla en la Tabla 5.

Resultados y resumen de cálculos

Los resultados y resúmenes de los cálculos se muestran en la Tabla 6.

Comportamiento cinético y temperatura del proceso

El comportamiento cinético y la temperatura del proceso se muestran en las Figuras 3 y 4.

Conclusiones y sugerencias

1. El porcentaje de precipitación de teluro de las soluciones procesadas en planta fue 13.33% y 13.58% para las pruebas 1 y 2, respectivamente, frente a los 99.93% de las pruebas Bach en laboratorio.

2. El bajo porcentaje de precipitación de teluro se debe a factores de operación principalmente de agitación ya que se reduce el nivel de contacto sólido-líquido de los reaccionantes y baja difusión en el medio, puesto que la reacción química se llevó a cabo en condiciones de convección natural de transferencia de masa, es decir, sin agitación mecánica que logre elevar a condiciones de contacto, convección forzada y elevada difusión entre la fase sólida y líquida de los reaccionantes. Es importante, por tanto, acondicionar un mecanismo de agitación que logre los objetivos propuestos en pruebas posteriores.

3. Otra alternativa de trabajo es implementar y evaluar el proceso en un reactor de flujo continuo que incluya un sistema de separación por sedimentación o filtrado de los sólidos incluyendo un intercambiador de calor para mantener la temperatura de proceso.

4. La diferencia de la velocidad de reacción entre las pruebas en planta y laboratorio están en función de la agitación, tamaño de las partículas de cobre, acidez y la temperatura como factores importantes dentro de estas pruebas.

5. El contenido de teluro en los sólidos precipitados alcanza un 8%, un buen indicador para posteriores trabajos de purificación.

6. En pruebas Bach en planta se sugiere implementar un mecanismo de agitación con altos niveles de turbulencia, con el objetivo de elevar el contacto sólido líquido y una mejor difusión entre las fases.

7. Se sugiere estudiar y evaluar la posibilidad de recuperación de teluro como subproducto final.

Resumen

Las pruebas de extracción de teluro del agua madre producto de la lixiviación del lodo anódico, en la planta de purificación alcanzó una extracción del 23.47% bajo las condiciones operacionales de 85 °C de temperatura, 348 g/l de ácido sulfúrico en solución y un tiempo de 24 horas de cementación. Se alcanza a colectar 28.5 Kg de lodo de teluro, cuyo contenido metálico es de 5.9 Kg.

Resultados

Extracción de teluro

En las tres pruebas realizadas, la máxima extracción se alcanza en la tercera prueba, siendo 23.47% del teluro inicial en la solución, como se aprecia en la Tablas 7.

Parámetros operacionales

En la Tabla 8 se muestra un resumen de los principales valores operacionales. Se resume el de la prueba de mejor extracción.

Lodo de teluro obtenido

Se logra recuperar 28.5 Kg de lodo de teluro, cuya composición muestra 5.9 Kg de teluro metálico presente (ver Tabla 9).

Conclusiones y sugerencias

1. La extracción máxima de teluro alcanzada fue de 23.47%, superando el 13.57% de las pruebas previas. 

2. La máxima extracción se logra a 85 °C, 348 g/l de ácido y un proceso de cementación de 24 horas.

3. La aplicación del proceso de extracción de teluro por cementación con cobre en el agua madre producida es posible con el uso de Bach, optimizando la agitación y la remoción del cemento. 

4. Se debe diseñar un circuito que no distraiga o entorpezca las operaciones normales en la planta de purificación.

Referencias 

Beltrán, J. Control de impurezas en electro refinación del cobre.

Beltrán, J. Curso de Electro refinación del cobre.

Bray, J. Metalurgia extractiva de metales no férreos.

Hoffmann, James E. The Purification of Copper Refinery Electrolyte.

Mantell, C. L. Ingeniería electroquímica.

Rivera, J. Evaluación de procesos metalúrgicos.

Vidal, Jorge. Química inorgánica. 

Artículos relacionados

100 años del nacimiento de don Alberto Benavides de la Quintana

Seguir leyendo

En esta edición: Antamina, Southern, Buenaventura, Cerro Verde, Yanacocha y Gold Fields

Seguir leyendo
X

Ingrese sus datos aquí

X

Recuperar Contraseña

X

Recuperar Contraseña

Si tiene problemas para recuperar su contraseña contáctese con el Área de Servicio al Asociado al teléfono 313-4160 anexo 218 o al correo asociados@iimp.org.pe

X

Ha ocurrido un error al iniciar sesión

Si tiene problemas para recuperar su contraseña contáctese con el Área de Servicio al Asociado al teléfono 313-4160 anexo 218 o al correo asociados@iimp.org.pe

X

Ingrese sus datos y nos pondremos en
contacto para poder completar su compra

X

Ingrese sus datos y nos pondremos en
contacto para poder completar su compra