Lixiviação hidrometalurgia
• É um processo de dissolução em meio aquoso de um minério ou parte dele
Na maioria dos casos ocorrem reações químicas, em que
a questão do equilíbrio químico deve ser observado.
• É um processo hidrometalúrgico de extração de uma substância presente
em componentes sólidos por meio da sua dissolução em um líquido.
• Qualquer processo de extração ou solubilização seletiva de constituintes
químicos de uma rocha, mineral, depósito sedimentar, solo, entre outros,
pela ação de um líquido percolante.
1 – Definições
Dissociação da água H2O H+ + OH-
Produto iônico da água
Kw = H+ OH- = 1 x 10-14 ( a 25ºC)
• pH = 7 solução neutra
• pH > 7 solução básica (alcalina)
• pH < 7 solução ácida
Nunca
fale:
pH ácido
pH neutro
pH básico
pH + pOH = 14
Exercício 1: Calcular o pH de uma solução cuja
concentração de OH- é de 2.10-3 mol.L-1
Resposta: pH = 11,30
Escrever a equação da constante de equilíbrio da dissociação da água
Lixiviação hidrometalurgia
2 – Equilíbrio químico e constante de equilíbrio
aA + bB cC + dD
Temp
o
A B C D
t = t0 100 100 0 0
t = t1 75 75 25 25
t = t2 55 55 45 45
t = t3 45 45 55 55
t = t4 40 40 60 60
t = t5 40 40 60 60
t = t6 40 40 60 60 [A], [B], [C] e [D] – podem não ser iguais
Equilíbrio
Todas as reações reversíveis caminham espontaneamente para o equilíbrio, pois este
é a posição de menor energia possível para o sistema
0 1 2 3 4 5 6 7 80
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Desap
are
cim
en
to d
e A
Tempo (u.a.t)
Lixiviação hidrometalurgia
2 – Equilíbrio químico e constante de equilíbrio
Energia livre de Gibbs e Constante de equilíbrio
aA + bB cC + dD
ba
dc
BA
DCK
.
.
KRTGG ln0
aA, aB, aC e aD são as atividades dos produtos e dos reagentes
T é a temperatura (K)
R é a constante dos gases (1,987 cal/K.mol
No equilíbrio G = 0 KRT
Gln
0
Para sólidos e líquidos puros a atividade é 1
Lixiviação hidrometalurgia
2 – Equilíbrio químico e constante de equilíbrio
b
B
a
A
d
D
c
C
aa
aaK
• Kc mol/L
• Kp atm, mmHg, Pa.. ai = i. [ i ]
Exemplos de equilíbrios
Exercício 1
CuO + 2H+ Cu2+ + H2O
K = 7,69 x 107 Sendo a constante de equilíbrio dessa reação
Escreva e interprete a equação de equilíbrio para essa reação.
Lixiviação hidrometalurgia
2 – Equilíbrio químico e constante de equilíbrio
A reação de lixiviação de um dos minérios de cobre pode ser escrita como:
laqaqaq OHLiClLiOHHCl 2 Kc = 8 x 1023
22
aqsaqs ZnCuCuZn
Kc = 2 x 1037
Estude mais esse assunto!!!
Observação: O valor numérico da constante de equilíbrio de uma reação é uma
expressão da tendência de os reagentes se transformarem em produtos
2
2
2
2
)
Cu
Zn
Cua
ZnaK
Zn
CuS
Exemplos de equilíbrios
Exercício 2
Exercício 3
Lixiviação hidrometalurgia
2 – Equilíbrio químico e constante de equilíbrio
• abertura de minérios, concentrados ou produtos metalúrgicos
para recuperar o metal ou compostos valiosos.
• lixiviação de compostos facilmente solúveis (usualmente
minerais ganga) em um minério ou um concentrado para torná-
los mais concentrados
• um exemplo
• lixiviação do concentrado de tungstênio, proveniente da flotação, com
ácido clorídrico, para dissolver calcita e apatita
Lixiviação hidrometalurgia
3 – Objetivos
• Alta recuperação ou extração do metal
• Simplicidade dos equipamentos
• Consumo de energia normalmente baixo
• Aplicável a minérios pobres ou sem possibilidade de
concentração física
• Possibilidade de regeneração dos reagentes
• Excelentes resultados para materiais de baixa granulometria
Lixiviação do ZnO com AS e posterior eletrólise
Lixiviação hidrometalurgia
4 – Característica do processo de lixiviação
• Características físicas e químicas do material a ser lixiviado
• Custo do solvente
• Ação corrosiva sobre os equipamentos
• Seletividade em relação ao constituinte de interesse
• Capacidade de regeneração
• Ambientalmente correto
Lixiviação hidrometalurgia
5 – Seleção de agentes lixiviantes
• água
• Sulfato férrico (para minérios sulfetados)
aqsOHOHO l 4272 Re2Re
ss SFeSOCuSOSOFeCuS
aqaqaq 44342 2
dá para recuperar o agente lixiviante?
Lixiviação do Re2O7 proveniente da ustulação do MoS2
Lixiviação hidrometalurgia
6 – Agentes lixiviantes mais comuns
Anodo
Catodo
CuSO4 + 2H2O Cu + H2O + 1/2O2 + 2H+ + SO42-
• Cianeto de sódio (Au e Ag)
• Outros:
• Cloreto de sódio (para PbSO4)
• Água clorada (para minérios de Zn)
• Água-régia
• H2SO4, HCl,
• NaOH
lOHNaOHCNAuNaOOHNaCNAu aqaqglaqs 22222 22242
Lixiviação hidrometalurgia
6 – Agentes lixiviantes mais comuns
• Carbonato de sódio (barrilha – para minérios uraníferos)
aqaql NaOHCOUONaOOHCONaUOgaqs
22
13
332422322
ENG06631 - Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I-A
Nestor Cezar Heck – UFRGS / DEMET
Lixiviação hidrometalurgia
6 – Agentes lixiviantes mais comuns
1 – In Situ – no local - (Dump leaching)
2 - Pilhas - (Heap leaching)
3 – Tanques – (Vat leaching)
4 – Tanques com agitação
5 - Autoclaves
6 - Colunas
• concentração do mineral de interesse (grade)
• facilidade com que o mesmo é dissolvido em um determinado reagente
• capacidade de produção
Fatores determinantes para a escolha do método de lixiviação:
Lixiviação hidrometalurgia
7 – Métodos de lixiviação
7/8/18
As operações de lixiviação podem ser divididas em dois grandes blocos:
• Leitos estáticos
• Tanques agitados
7.1 – In situ - Dump leaching
Lixiviação hidrometalurgia
7 – Técnicas de lixiviação
Photo courtesy of Kennecott Utah Copper, Salt Lake City, Utah
• Elevado consumo de reagentes
• Solubilização direta do mi na mina por meio de injeção do agente lixiviante e
o recolhimento do licor formado, por percolação na rocha, em poços
coletores.
• Grande escala
• longos tempos de operação
• Problemas ambientais
7.1 – In situ - Dump leaching
Lixiviação hidrometalurgia
7 – Técnicas de lixiviação
• lixiviação no local – evita custo de transporte do minério
• depósitos de baixo teor ou minas fora de trabalho.
• A solução impregnada é coletada na base do corpo do material.
• O minério deve ser permeável para a lixiviação em solução
• O corpo do minério deve estar confinado entre uma camada impermeável que irá
prevenir as perdas de solução.
Técnicas de lixiviação
7.2 – Pilhas
Lixiviação hidrometalurgia
Fluxograma de processos para lixiviação em pilha - CETEM
Habashi
Técnicas de lixiviação
Lixiviação hidrometalurgia
• minérios britados e com controle mais rigoroso de granulometria
• terrenos impermeabilizados com argilas, asfalto ou polímeros (plásticos)
• drenos – rede de tubos plástico perfurados que servem de drenos para o
licor percolado
• pilhas velhas podendo chegar a dezenas de metro de altura
• formação de canais preferenciais de escoamento
• partículas finas – empacotamento - percolação
7.2 – Pilhas
Técnicas de lixiviação
Lixiviação hidrometalurgia
7.2 – Pilhas
Milton Correa Carriconde – Dissertação Mesrado
Técnicas de lixiviação
Lixiviação hidrometalurgia
Mina Radomiro Tomic, Calama Chile
https://www.youtube.com/watch?v=JycE9XHmZtA
7.2 – Pilhas
Técnicas de lixiviação
Lixiviação hidrometalurgia
Atacama - Chile
50.000 tonelada/dia
200.000 toneladas catodo/ano
https://www.youtube.com/watch?v=uu6zq4
kGd9s
7.2 – Pilhas
Técnicas de lixiviação
Lixiviação hidrometalurgia
Estudos em escala de laboratório e piloto para avaliação do
comportamento do minério, são portanto, fundamentais para o bom
encaminhamento de um projeto para lixiviação em pilhas - CETEM
Importante
7.2 – Pilhas
Técnicas de lixiviação
7.3 – Tanques estacionários– (Vat leaching)
Lixiviação hidrometalurgia
• grandes tanques de concreto armado com fundo filtrante
• minério fica constantemente em contato com a solução lixiviante
• indicado para minérios complexos como os óxidos mistos, mas são
frequentemente usados para minérios sulfetados.
• processo caro – justifica para minérios de elevada concentração
Percolação em tanque com fundo falso - Habashi
Técnicas de lixiviação
Lixiviação hidrometalurgia
Percolação em tanque Atacama
7.3 – Tanques estacionários – (Vat leaching)
Traditional Vat Leaching of Copper - Mantos Blancos, Chile, 1995
hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
• Chile é o maior produtor mundial de cobre (~33%)
• Peru, China, Estados Unidos - Brasil
• Brasil – Vale – Mineração Maracá - Mineração Caraíba - Votorantim
Metais Níquel - Prometálica Mineração Centro Oeste
7.3 – Tanques – (Vat leaching)
7.4 – Tanques com agitação
• concentrados de alto teor
• minérios finos - polpa
• tanques com agitação mecânica ou pneumática
• produto – polpa que deve ser espessada ou filtrada
hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
hidrometalurgia
• Polpa circula no interior dos tanques
construídos de vários materiais
• Usualmente tanques cilíndricos
• Sólidos são mantidos em suspensão mediante
o uso de impulsores acoplados a eixos que por
sua vez estão acoplados a motores
Sistema de lixiviação – reator
com agitação mecânica
Fonte: Universidade do
Atacama
7.4 – Tanques com agitação
hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
Tanques com agitação mecânica
hidrometalurgia
7.4 – Tanques com agitação
hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
Tanques com agitação mecânica
hidrometalurgia
Tanques com agitação pneumática
• Tanques semelhantes aos anteriores (cilíndricos de vários
materiais)
• Uso de ar para agitar a polpa
• Tanques Pachuca – mais usuais (principalmente para minérios de ouro
e urânio)
7.4 – Tanques com agitação
hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
hidrometalurgia
Tanques com agitação pneumática – tanque Pachuca
hidrometalurgia hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
Tanque Pachuca - Habashi
• Conicidade: 60º
• Diâmetro: 3,5 m
• Altura: 14 m
• Aço revestido com madeira
ou borracha
hidrometalurgia
Tanques com agitação pneumática – tanque Pachuca
Fonte: Universidade do Atacama
h1 h2
h3
h4
h5
d1
d2
gas input
hidrometalurgia hidrometalurgia
Técnicas de lixiviação
hidrometalurgia
Tanques com agitação pneumática
hidrometalurgia
Tanques com agitação pneumática
Efeito da agitação na velocidade de
lixiviação - Atacama
Efeito do tempo na extração (%)
- Atacama
Efeito da velocidade de agitação e do tempo na lixiviação
hidrometalurgia
Lixiviação de polpas com agitação
Filtração e lavagem após lixiviação
Espessador de polpa
Operações importantes na hidrometalurgia
Espessamento e Filtração
hidrometalurgia
Tanques com agitação, temperatura e pressão - autoclaves
Autoclave típica para lixiviação com pressão
Aplicação mais importante - Lixiviação da bauxita - Processo Bayer Habashi
• Diâmetro: 3 – 5 m
• comprimento: 6 a 15 m
• Aço revestido com titânio,
tântalo, refratários, etc
• Serpentinas de
aquecimento/resfriamento
• Agitadores: 140 rpm
• Pressão: 500 a 1000 MPa
hidrometalurgia
Esquema de lixiviação em colunas
Fonte: Journal of Chemical Engineering and Chemistry - Vol. 02 N. 02 (2016) 029–041
hidrometalurgia
Variáveis importantes na lixiviação de minérios
• Temperatura
• Tempo
• Concentração do agente lixiviante
• Tamanho de partículas
• Porosidade das partículas
• Velocidade de agitação
• Concentração da polpa
• Agentes oxidantes
Como estou de conhecimento?
Teste experimentais de lixiviação - Laboratório
1 – controle de temperatura
2 – manta aquecedora
3 – reator de vidro
4 – termômetro
5 – condensador
6 – sistema de agitação
7 – controle de velocidade de
agitação
hidrometalurgia
Sistema de lixiviação – reator com agitação mecânica