1 Hidrometalurgia

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MINERALURGIA MN-631
Lorena Cortes M.
Ingeniero Civil Metalurgico
Magister en procesamiento de minerales
Licenciado en Ciencias de la Ingeniería
Licenciado en Gestión Ambiental
METALURGIA EXTRACTIVA
MN731
Aspectos Fundamentales 
de la Hidrometalúrgia
La Hidrometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva que comprende los
procesos de obtención de metales o compuestos, a partir de minerales o fuentes
secundarias, mediante reacciones que tienen lugar en soluciones acuosas u
orgánicas, razón por la que se desarrollan a temperaturas relativamente bajas.
Las técnicas usadas comprende: preparación y pre-tratamiento del mineral o
materia inicial, lixiviación de los valores metálicos usando reactivos químicos o
acción bacterial (a presiones o temperaturas elevadas o ambientales), separación
y lavado de residuos sólidos, purificación final del metal o compuesto deseado.
ASPECTOS GENERALES
Para cada una de estas etapas se dispone de diversos tratamientos alternativos,
así tenemos por ejemplo, a la lixiviación, la cual puede realizarse por agitación,
in situ o en pilas y botaderos. La purificación de las soluciones puede realizarse
por control de pH, intercambio iónico, extracción por solventes, entre otros. La
precipitación puede ser por cementación, electrodepositación o precipitación con
gases.
Si se compara con los antiguos procesos pirometalúrgicos, que usan
básicamente calor y fundentes, los métodos hidrometalúrgicos son relativamente
muy recientes. Esto se debe a que para lograr implementarse se necesitaba
contar con elementos tales como ácidos, bases, reactivos químicos especiales,
generadores de corriente continua industriales, materiales resistentes a la
corrosión y un conjunto indispensable de conocimientos básicos de la química y
físico-química de sistemas de solución acuosa. Todo esto se pudo lograr en el
pasado siglo XX.
Las primeras aplicaciones de la hidrometalurgia moderna las constituyen los
procesos de cianuración de minerales de oro. Estos procesos dieron origen a un
rápido desarrollo de la mayoría de los equipos indispensables en los procesos
hidrometalúrgicos actuales: agitadores, espesadores, filtros, bombas de arenas,
y otros.
En el mismo periodo, el proceso Bayer para el aluminio, desarrollaba equipos
mas sofisticados como las autoclaves, que permiten trabajar a temperaturas y
presiones elevadas. Posteriormente aparecieron procesos tan importantes como
el intercambio iónico y extracción por solventes que abrieron un campo aún más
amplio de aplicación.
En la actualidad se extraen y refinan, comercialmente, mediante métodos
hidrometalúrgicos, un gran número de metales, como por ejemplo: cobre, niquel,
aluminio, oro, plata, cobalto, zinc, uranio, circonio, hafnio, entre otros
Pudiendo emplearse en forma total o parcial para prácticamente todos, excepto 6
o 7, de los 82 elementos metálicos conocidos. Generalmente los metales o
compuestos producidos hidrometalúrgicamente alcanzan un grado de pureza
mayor que los producidos por otros métodos como el pirometalúrgico.
El uranio, por ejemplo, se produce totalmente por procesos hidrometalúrgicos. En
el caso del aluminio se tiene que prácticamente la totalidad de los 10 millones de
toneladas anuales producidas se logran hidrometalúrgicamente en plantas de 1
a 2 millones de toneladas anuales de capacidad, solo comparables a plantas
siderúrgicas.
En el caos del zinc tenemos que se producen anualmente, mediante procesos
hidrometalúrgicos, más de 2 millones de toneladas con menos de 100 ppm de
impurezas. En el caso del cobre los procesos extractivos convencionales para los
minerales oxidados consisten de lixiviación ácida por percolación o agitación y
precipitación del metal por cementación o electrodepositación. Sin embargo, nuevas
técnicas desarrolladas tales como el perfeccionamiento de la lixiviación en las pilas y
botaderos, en las que pueden emplearse la acción de bacterias, han permitido el
aprovechamiento de minerales sulfurados de baja ley, que no pueden ser tratados
económicamente por los métodos convencionales pirometalúrgicos.
Debido a estos desarrollos, la producción hidrometalúrgica actual de cobre es mas
de cuatro veces que la de hace 20 años atrás. Estimándose que solo la obtenida a
partir de minerales de baja ley representen cerca de 15% de la producción primaria
mundial de este metal.
Transporte natural de soluciones cargadas de cobre y silice coloidal, 
denominadas “Hielo de crisocola”- Chuquicamata Chile
zonas de lixiviación natural y oxidación en un yacimiento porfídico de cobre, donde la coloración rojiza indica la 
presencia de óxidos de hierro (zona relativamente libre de cobre debido a la lixiviación natural), y la coloración 
azul indica la presencia de minerales oxidados de cobre (el cobre transportado de la zona lixiviada precipita en 
esta zona)
1.2.- OBJETIVOS DE LA HIDROMETALURGIA
En general puede decirse que los procesos hidrometalúrgicos,
persiguen uno de los objetivos siguientes:
• Producir un compuesto puro, que puede procesarse a
continuación, por algún método pirometalúrgico o de otro tipo, para
obtener el metal.
• Producir un metal ya sea, a partir de un metal impuro o de un
compuesto impuro que hayan sido preparados por una secuencia
de operaciones pirometalúrgicas o de otro tipo.
• Producir un metal directamente de un mineral, un concentrado o
un concentrado pretratado.
Orígenes y Evolución Histórica de la Hidrometalurgia 
Introducción
La minería a partir de soluciones o Hidrometalurgia se define como las formas de recuperación
de un metal o compuesto desde su mena por medio de una solución que fluye disolviendo las
especies de interés desde la roca, esto es aplicable tanto para minerales lixiviables como para
minerales que requieren de reacciones químicas, aguas de descartes y soluciones de formación
natural.
Algunos minerales se lixivian en forma natural, formando soluciones ricas las que son llamadas
Aguas de Mina, la recuperación de estas soluciones representa las primeras aplicaciones de la
Hidrometalurgia.
La Hidrometalurgia es un campo interdisciplinario que comprende la geología, química,
hidrología, metalurgia extractiva, minería, ingeniería de procesos y economía.
1. La química de lixiviación
2. La química de la roca (ganga)
3. Los flujos de solución en el mineral (precolación)
4. Espacio libre en el mineral para permitir el paso de la solución
5. Porosidad de la roca
6. Transporte desde el interior de la roca a el flujo (difusión química)
7. Tecnología de recuperación del metal/mineral
8. Impacto ambiental
9. Perdida de soluciones
10. Química de la solución rica
11. Balance de agua
12. Manejo de soluciones (piscinas, bombeo, riego, colección, etc.).
Actualmente los solventes de interés comercial son en base de agua, por lo que se hablara
de las soluciones de lixiviación como del sistemas acuosos.
Algunos de los factores que se han de considerar en un proyecto
hidrometalúrgico son:
La lixiviación de minerales se puede separar en dos grandes grupos, la lixiviación In situ, que
trata un yacimiento sin moverlo del lugar y de superficie, la cual se basa en la extracción del
mineral utilizando métodos de minería tradicional seguido de reducción de tamaño,
preparación del mineral o no, antes de ser contactado con la solución lixiviante.
La operación de lixiviación y recolección de las soluciones, esta asociada a una operación de
separación del metal/mineral desde las soluciones, realizada usualmente en el entorno del
cuerpo mineralizado, las soluciones generadas en la lixiviación son conocidas como “Pregnant
Leach Solution” o PLS, en tanto el flujo que retorna a la lixiviación se conoce como solución
Refino, es decir, es un circuito cerrado.
Mineralización típica de cobre
Elementos de química de soluciones en Hidrometalurgia 
En Hidrometalurgia se trata con reacciones heterogéneas del tipo sólido/líquido,
sólido/liquido/gas. Para lo cual, se deben revisar algunos aspectos de la estructurade los
minerales.
• Estructura de los Minerales
• Estructura de enlaces metálicos
• Estructura de enlaces iónicos
• Estructura de enlaces covalentes
• Estructura de enlaces mixtos
Estructura de los Minerales
Los minerales se clasifican, desde el punto de vista estructural como: metálicos, iónicos o
covalentes.
Esta clasificación es ideal, pues es común encontrar situaciones de traslape entre estos
tipos de enlaces.
Estructura de enlaces metálicos
En los metales, los átomos están empaquetados muy próximos entre sí, esto da como
resultado el arreglo muy denso. Existen traslapes de los orbítales entre átomos en la
totalidad del cristal, así es posible, que un electrón se mueva desde un orbital de un
átomo hacia un orbital de otro átomo, de esta manera, los electrones de valencia pueden
considerarse deslocalizados, es decir, ellos no pertenecen a un átomo individual sino al
cristal considerado como un todo. Esto explica la alta conductividad eléctrica de los
metales.
La estabilidad de los minerales que contienen iones, se debe a la tendencia de ciertos
átomos a perder electrones, y a otros de ganarlos. Estos átomos están fuertemente unidos
por fuerzas electrostáticas. Por ejemplo, el cristal de NaCI, cada íón Na+ está rodeado de
seis iones Cl- y. similarmente, cada ión Cl está rodeado de seis iones Na+ . Los enlaces
iónicos mantienen unido cada ión a todos sus vecinos a través del cristal. Así, el cristal es
una unidad gigante, ionicamente sujeta. Como resultado, estos cristales son duros, rígidos y
alto punto de fusión, son malos conductores eléctricos pero cuando se disuelven o se
funden, los iones pasan a ser independientes y altamente móviles, y la solución o sustancia
fundida se transforma en un conductor eléctrico. Los cristales iónicos se fracturan con
dificultad, pero, cuando las fracturas ocurren, se producen a lo largo de los planos de iones
del cristal.
-
Estructura de enlaces iónicos
En las especies covalentes, los átomos están sujetos por enlaces de electrones compartidos o
covalentes. Pueden ser minerales formados por unidades discretas o bien de estructura
reticulada:
a) Unidades discretas: no existen fuerzas de enlace que se extiendan más allá de esas
unidades
discretas, por esto, las fuerzas intermoleculares son débiles, ellos son blandos, de bajo punto
de fusión y calor de vaporización. En el azufre elemental (S0), cada átomo está sujeto a dos
átomos vecinos, formando anillos de ocho miembros.
b) Estructura reticulada: los enlaces se extienden a lo largo de todo el sólido. Por esto, son
duros,
estables, generalmente insolubles, y no pueden ser divididos en pequeñas unidades. En SiO
, el silicio ocupa el centro de un tetrahedro, compartiendo electrones con cuatro oxígenos
situados en los vértices del tetraedro, y los cuatro átomos del tetraedro están compartidos
con otros tetraedros, resultando una estructura tri-dimensional. La fractura requiere que
muchos de estos enlaces químicos se rompan.
Estructura de enlaces covalentes
Existen minerales que pertenecen a tipos de enlaces intermedios: entre un enlace
metálico y covalente , entre un enlace metálico y iónico o iónico covalente:
Estructura de enlaces mixtos
Metálico-iónico: minerales como la galena (PbS), esfalerita (ZnS) y calcopirita (CuFeS),
presentan propiedades características de los metales: lustre, opacidad y conductividad
eléctrica. Esta última propiedad es, sin embargo, mucho menor que la de los metales,
motivo por el cual se les llama semiconductores. Es el resultado de un movimiento
restringido de los electrones en el reticulado debido a defectos estructurales.
Metálico-covalente: la pirita (FeS2) puede ser considerada un mineral de enlace mixto
del tipo metálico covalente. Tiene un lustre metálico, estructura cúbica Y el ion
disulfuro 𝑆2
−2 es covalente por naturaleza.
Covalente-iónico: un enlace iónico puede ser parcialmente covalente y viceversa, el
cloruro de plata, AgCl, es un cristal predominantemente iónico, pero los electrones del
cloruro no están todos localizados en torno al núcleo de cloro y pueden pasar al
núcleo de plata, dado que estos electrones están compartidos, el enlace entre ellos es
parcialmente covalente y es más fuerte que el enlace iónico, esto explica su
insolubilidad en agua. Existen también minerales enlazados en forma tanto iónica
como covalente. En los carbonatos, el enlace entre carbono y oxígeno es covalente,
mientras que entre el carbono y el ion metálico es iónico. La enstatita (Mg2(Si2O))
consiste de una cadena de silicato, en la que el silicio está enlazado covalentemente
con el oxígeno, mientras el magnesio está presente como ion.
En la molécula de agua, el núcleo del hidrógeno no se posiciona en una línea recta, sino
que en lasesquinas de un triángulo. Además de los enlaces covalentes, entre el oxígeno y
el núcleo de hidrógeno hay dos pares de electrones solitarios en la capa exterior del
átomo de oxígeno.
Una consecuencia de este arreglo de electrones es que la molécula de agua es polar, es
decir, el centro de las cargas positivas no coincide con el de las cargas negativas. Una
carga positiva se ubica en cada núcleo de hidrógeno y ocho cargas positivas en el núcleo
del oxígeno, la carga negativa del par de electrones solitarios está localizada mucho más
arriba del núcleo de oxígeno, y hay un desplazamiento de electrones en los enlaces hacia
el átomo de oxígeno, más electronegativo.
Características Estructurales del Agua
Estructura del Agua
Como resultado de la alta polaridad de las moléculas de agua, el enlace de hidrógeno se
posiciona entre los mismos dipolos de las moléculas de agua, como se aprecia en la Figura .
Cada molécula de agua forma cuatro enlaces de hidrógeno con las demás moléculas que la
rodean. Los enlaces de hidrógeno son débiles, por efecto de la temperatura, las
vibraciones moleculares aumentan y son suficientes para romperse en el punto de
ebullición. Al enfriarse, el agua se congela para formar cristales de hielo de estructura
hexagonal.
Figura: molécula de agua con mostrando la polaridad del enlace de hidrogeno 
Diagrama conceptual de los procesos hidrometalúrgicos 
del cobre
[Adaptado de: (Cherkaev, 2010)]
Los diagramas de flujo 
modernos en la 
hidrometalurgia del 
cobre comprenden 
tres etapas esenciales: 
lixiviación, extracción 
por solventes y 
electro-obtención. 
La integración de 
estos procesos 
hidrometalúrgicos
puede incluir 
operaciones previas 
de procesamiento, 
tales como la 
conminución, 
aglomeración, 
concentración por 
flotación, etc.
En el caso de los minerales oxidados, el proceso que se lleva a cabo es hidrometalúrgico. Por medio de distintas reacciones físicas
y químicas, se extrae el cobre del resto del mineral chancado, disolviéndolo en una solución ácida, etapa de lixiviación, para luego
continuar a una etapa de extracción por solventes y luego de electroobtención, produciendo cátodos de cobre de alta pureza.
Procesamiento Sulfuros – Óxidos de 
Cobre: Hidrometalurgia (LX -SX-EW)
La mineralogía es
probablemente el
parámetro más importante
que afecta directamente
las condiciones de
operación y la
recuperación de cobre en
la lixiviación, puede
cambiar significativamente
de un área del yacimiento
a otra. La composición
mineralógica de una
muestra en particular
determinará la velocidad
de disolución y el
consumo de ácido.
Principales especies minerales de cobre
Minerales Oxidados (mas comunes)
EL CHANCADO
El chancado es una
operación que
consiste en la
reducción de
tamaño de un
mineral, hasta la
obtención de un
producto con la
granulometría
deseada. La
reducción de
tamaño se aplica a
materiales de
distintos tamaños,
que van desde
unos centímetros a
un metro.
EL CHANCADO
Las especies mineralógicas se encuentran siempre asociadas a la ganga
formando mezclas que reciben el nombre de diseminaciones. El objetivo
de la conminución no sólo es lograr una reducción del tamaño de las
partículas, sino tambiéna la forma en la que los valores metálicos son
expuestos o liberados de la matriz rocosa. Estos conceptos son muy
importantes para el diseño del circuito de chancado, ya que indicaran el
tamaño al cual deberá ser llevada la partícula rocosa.
Desde el punto de vista de la extracción hidrometalurgica de los valores
metálicos, los granos minerales no necesariamente necesitan ser liberados
como granos libres; ya que una exposición parcial de los granos minerales
puede proveer la superficie necesaria para el ataque químico por la solución
lixiviante.
Los altos costos de chancado se deben a los consumos elevados de energía
necesaria para la reducción de tamaño del mineral. Para que el chancado
sea eficiente, se debe evitar que las partículas de mineral sean reducidas de
tamaño más allá de lo necesario. Esto se consigue por medio de una
clasificación adecuada, que consiste en separar las partículas según su
tamaño, entregando un material grueso denominado descarga (que retorna
al chancado) y un material fino llamado rebalse (que es enviado al
siguiente proceso).
CLASIFICACIÓN
• Hidrometalurgia es una rama de la Metalurgia Extractiva que estudia procesos en
medios acuosos que comprenden disolución, concentración, purificación y
recuperación de un componente valioso desde minerales o materiales (barros
anódicos, escorias, chatarras, etc.)
• Lixiviación, Concentración y Purificación y Precipitación. 
PROCESOS
• Hidrometalurgia: Proceso en el cual la especie de interés es disuelta 
en agua con un solvente químico apropiado para producir la reacción 
química de disolución.
Ejemplo: La disolución de cobre en solución de ácido sulfúrico.
La disolución de plata en solución de cianuro.
La disolución de níquel en solución de amoniaco.
• Electrometalurgia: Proceso en el cual la obtención de la especie de 
interés, a partir de una solución que contiene iones de la especie, es 
mediante la aplicación de corriente eléctrica.
Ejemplo: La obtención de aluminio en solución ácida.
La obtención de cobre a partir de electrolito cúprico.
TIPOS DE REACCIONES
Las reacciones entre especies pueden ser clasificadas como:
a) Reacciones químicas.
b) Reacciones electroquímicas.
a) En las reacciones químicas participan un oxidante y un reductor.
Ejemplo:
b) En la reacción electroquímica, ocurren dos reacciones distintas
simultáneas, una de ellas es de oxidación y otra es de reducción.
Ejemplo:
TIPOS DE REACCIONES
• Oxidación: Es un término usado para describir una reacción en la cual hay 
una pérdida de electrones.
Ejemplo:
• Reducción: Es un término usado para describir una reacción en donde hay 
una ganancia de electrones.
Ejemplo: 
TIPOS DE REACCIONES
• La hidrometalurgia, es la rama de la metalurgia extractiva que
comprende los procesos de obtención de metales o compuestos a partir
de minerales o fuentes secundarias, mediante reacciones que tienen
lugar en soluciones acuosas u orgánicas.
• La hidrometalurgia tiene por objeto poner en solución acuosa las
especies valorables contenidas en una mena, en un concentrado, o
bien un material secundario para su posterior recuperación, desde la
solución, como un producto de valor comercial.
• Considerando que la puesta en lixiviación no es selectiva ni completa,
las soluciones son impuras y a veces, de concentraciones insuficientes
a los procesos de recuperación del metal, entonces se hace necesario
una etapa adicional de purificación y concentración de la solución.
TIPOS DE REACCIONES
CONCEPTOS GENERALES
La Hidrometalurgia es la rama de la Metalurgia Extractiva que comprende los
procesos de extracción y producción de metales y sales desde minerales
mediante la acción de un agente lixiviante contenido en una solución acuosa.
En general podemos decir que el principal objetivo de un proceso
hidrometalúrgico es la disolución parcial o total de la especie metálica a
beneficiar, usando reactivos químicos y/o acción bacterial.
El proceso de lixiviación en pila constituye en la actualidad la alternativa
más eficiente y rentable para el tratamiento de minerales oxidados de
cobre.
Extendiéndose su uso a la lixiviación de minerales sulfurados de cobre
mediante el empleo de agentes oxidantes y actividad bacteriana.