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hidrometalurgia

Lixiviação

leaching

2/8/18

Fluxograma típico de hidrometalurgia – Roberto C. Villas Bôas

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


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)



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



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.



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



• 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


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


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


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


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



• 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



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:


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


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




• 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


Fluxograma de processos para lixiviação em pilha - CETEM

Habashi



• 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



7.2 – Pilhas

Milton Correa Carriconde – Dissertação Mesrado



Mina Radomiro Tomic, Calama Chile

https://www.youtube.com/watch?v=JycE9XHmZtA

7.2 – Pilhas

https://www.youtube.com/watch?v=JycE9XHmZtA



Atacama - Chile

50.000 tonelada/dia

200.000 toneladas catodo/ano

https://www.youtube.com/watch?v=uu6zq4

kGd9s

7.2 – Pilhas

https://www.youtube.com/watch?v=uu6zq4kGd9s





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


7.3 – Tanques estacionários– (Vat leaching)


• 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



Percolação em tanque Atacama

7.3 – Tanques estacionários – (Vat leaching)

Traditional Vat Leaching of Copper - Mantos Blancos, Chile, 1995

hidrometalurgia


• 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)

hidrometalurgia


7.3 – Tanques estacionários – (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


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


hidrometalurgia


Tanques com agitação mecânica

hidrometalurgia


hidrometalurgia


Tanques com agitação mecânica

hidrometalurgia

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)


hidrometalurgia


hidrometalurgia

Tanques com agitação pneumática – tanque Pachuca

hidrometalurgia hidrometalurgia


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


hidrometalurgia


http://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=Z4TMqDNNOsWjpM&tbnid=92EPcD03iW9NSM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/index.php/Tank_leaching&ei=x2MyUtu3CZHK9QSO1IGIBw&psig=AFQjCNHrYnWAOm23-8aZ_LoFmwnK4ynCrw&ust=1379120455216617

hidrometalurgia


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 • 1 estágio

• 2 estágios

Habashi

1 estágio

9/8/18

hidrometalurgia

Lixiviação de polpas com agitação • 1 estágio

• 2 estágios

Habashi

2 estágios

hidrometalurgia

Lixiviação de polpas com agitação

Filtração e lavagem após lixiviação

Espessador de polpa

Operações importantes na hidrometalurgia

Espessamento e Filtração

5 – Autoclaves

hidrometalurgia

Autoclave

Tanques com agitação, temperatura e pressão - autoclaves

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

6 – colunas

hidrometalurgia

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

hidrometalurgia

Teste experimentais de lixiviação - Laboratório

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