Lixiviação. leaching

Transcrição

1 Lixiviação leaching 2/8/18

2 Lixiviação Fluxograma típico de Roberto C. Villas Bôas

3 Lixiviação 1 Definições É um processo de dissolução em meio aquoso de um minério ou parte dele 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. Na maioria dos casos ocorrem reações químicas, em que a questão do equilíbrio químico deve ser observado.

4 Lixiviação 2 Equilíbrio químico e constante de equilíbrio Dissociação da água H 2 O H + + OH - Escrever a equação da constante de equilíbrio da dissociação da água K w = H + OH - = 1 x ( a 25ºC) Produto iônico da água ph = 7 ph > 7 ph < 7 ph + poh = 14 Exercício 1: Calcular o ph de uma solução cuja concentração de OH - é de mol.l -1 Resposta: ph = 11,30 solução neutra solução básica (alcalina) solução ácida Nunca fale: ph ácido ph neutro ph básico

5 Desaparecimento de A Lixiviação 2 Equilíbrio químico e constante de equilíbrio aa + bb cc + dd Temp o A B C D t = t t = t t = t t = t t = t Equilíbrio Tempo (u.a.t) t = t t = t [A], [B], [C] e [D] podem não ser iguais Todas as reações reversíveis caminham espontaneamente para o equilíbrio, pois este é a posição de menor energia possível para o sistema

6 Lixiviação 2 Equilíbrio químico e constante de equilíbrio Energia livre de Gibbs e Constante de equilíbrio aa + bb cc + dd G G 0 RT ln K K a K a c d C. D A a. B b c C a A a a d D b B a i = i. [ i ] Kc mol/l Kp atm, mmhg, Pa.. a A, a B, a C e a D são as atividades dos produtos e dos reagentes T é a temperatura (K) R é a constante dos gases (1,987 cal/k.mol Para sólidos e líquidos puros a atividade é 1 No equilíbrio G = 0 G RT 0 ln K

7 Lixiviação 2 Equilíbrio químico e constante de equilíbrio Exemplos de equilíbrios Exercício 1 A reação de lixiviação de um dos minérios de cobre pode ser escrita como: CuO + 2H + Cu 2+ + H 2 O Sendo a constante de equilíbrio dessa reação K = 7,69 x 10 7 Escreva e interprete a equação de equilíbrio para essa reação.

8 Lixiviação 2 Equilíbrio químico e constante de equilíbrio Exemplos de equilíbrios Exercício 2 HCl LiOH LiCl H 2O K c = 8 x aq aq aq l Exercício 3 Zn Cu 2 Cu Zn 2 s aq s aq K a ) Zn 2 2 Cu S Zn 2 2 azn Cu Cu K c = 2 x Observação: O valor numérico da constante de equilíbrio de uma reação é uma expressão da tendência de os reagentes se transformarem em produtos Estude mais esse assunto!!!

9 Lixiviação 3 Objetivos 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 tornálos mais concentrados um exemplo lixiviação do concentrado de tungstênio, proveniente da flotação, com ácido clorídrico, para dissolver calcita e apatita

10 Lixiviação 4 Característica do processo de lixiviação 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 Lixiviação do ZnO com AS e posterior eletrólise Excelentes resultados para materiais de baixa granulometria

11 Lixiviação 5 Seleção de agentes lixiviantes 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

12 Lixiviação 6 Agentes lixiviantes mais comuns água Lixiviação do Re 2 O 7 proveniente da ustulação do MoS 2 Re 2 O7 H 2O l 2H ReO4 s aq Sulfato férrico (para minérios sulfetados) CuS Fe2 SO CuSO 2FeSO 4 s 4 4 s dá para recuperar o agente lixiviante? 3 aq aq aq S Anodo Catodo CuSO 4 + 2H 2 O Cu + H 2 O + 1/2O 2 + 2H + + SO 4 2-

13 Lixiviação 6 Agentes lixiviantes mais comuns UO Carbonato de sódio (barrilha para minérios uraníferos) Na 2CO3 H O l O Na UO CO aq 2 2 g Cianeto de sódio (Au e Ag) s 4NaCN aq 2H 2O l O2 2Na Au CN NaOH aq H O g 2 2 aq 2 2 l 2Au Cloreto de sódio (para PbSO 4 ) NaOH aq s 3 aq Outros: Água clorada (para minérios de Zn) Água-régia H 2 SO 4, HCl, NaOH

14 Lixiviação 6 Agentes lixiviantes mais comuns ENG Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I-A Nestor Cezar Heck UFRGS / DEMET

15 Lixiviação 7 Métodos de lixiviação As operações de lixiviação podem ser divididas em dois grandes blocos: Leitos estáticos Tanques agitados Fatores determinantes para a escolha do método de lixiviação: concentração do mineral de interesse (grade) facilidade com que o mesmo é dissolvido em um determinado reagente capacidade de produção 1 In Situ no local - (Dump leaching) 2 - Pilhas - (Heap leaching) 3 Tanques (Vat leaching) 4 Tanques com agitação 5 - Autoclaves 6 - Colunas 7/8/18

16 Lixiviação 7 Técnicas de lixiviação 7.1 In situ - Dump leaching Photo courtesy of Kennecott Utah Copper, Salt Lake City, Utah

17 Lixiviação 7 Técnicas de lixiviação 7.1 In situ - Dump leaching lixiviação no local evita custo de transporte do minério depósitos de baixo teor ou minas fora de trabalho. longos tempos de operação 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. 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. A solução impregnada é coletada na base do corpo do material. Grande escala Problemas ambientais

18 Lixiviação 7 Técnicas de lixiviação 7.1 In situ - Dump leaching

19 Lixiviação 7 Técnicas de lixiviação 7.1 In situ - Dump leaching

20 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.2 Pilhas Habashi Fluxograma de processos para lixiviação em pilha - CETEM

21 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.2 Pilhas 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

22 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.2 Pilhas Milton Correa Carriconde Dissertação Mesrado

23 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.2 Pilhas Mina Radomiro Tomic, Calama Chile

24 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.2 Pilhas Atacama - Chile tonelada/dia toneladas catodo/ano kgd9s

25 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.2 Pilhas Importante 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

26 Lixiviação Técnicas de lixiviação 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

27 Lixiviação Técnicas de lixiviação 7.3 Tanques estacionários (Vat leaching) Percolação em tanque Atacama

28 Técnicas de lixiviação 7.3 Tanques (Vat leaching) Traditional Vat Leaching of Copper - Mantos Blancos, Chile, 1995 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

29 Técnicas de lixiviação 7.3 Tanques estacionários (Vat leaching)

30 Técnicas de lixiviação 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

31 Técnicas de lixiviação 7.4 Tanques com agitação Tanques com agitação mecânica 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

32 Técnicas de lixiviação 7.4 Tanques com agitação Tanques com agitação mecânica

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34 Técnicas de lixiviação 7.4 Tanques com agitação 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)

35 Técnicas de lixiviação Tanques com agitação pneumática tanque Pachuca Conicidade: 60º Diâmetro: 3,5 m Altura: 14 m Aço revestido com madeira ou borracha Tanque Pachuca - Habashi

36 Técnicas de lixiviação Tanques com agitação pneumática tanque Pachuca h 3 d 2 d 1 h2 h 1 h 5 h 4 gas input Fonte: Universidade do Atacama

37 Tanques com agitação pneumática

38 Tanques com agitação pneumática Efeito da velocidade de agitação e do tempo na lixiviação Efeito da agitação na velocidade de lixiviação - Atacama Efeito do tempo na extração (%) - Atacama

39 Lixiviação de polpas com agitação 1 estágio 1 estágio 2 estágios Habashi 9/8/18

40 Lixiviação de polpas com agitação 2 estágios 1 estágio 2 estágios Habashi

41 Lixiviação de polpas com agitação Operações importantes na Espessamento e Filtração Espessador de polpa Filtração e lavagem após lixiviação

42 5 Autoclaves

43 Tanques com agitação, temperatura e pressão - autoclaves Autoclave

44 Tanques com agitação, temperatura e pressão - autoclaves Autoclave típica para lixiviação com pressão 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 Aplicação mais importante - Lixiviação da bauxita - Processo Bayer Habashi

45 6 colunas

46 Esquema de lixiviação em colunas Fonte: Journal of Chemical Engineering and Chemistry - Vol. 02 N. 02 (2016)

47 Variáveis importantes na lixiviação de minérios Como estou de conhecimento? Temperatura Tempo Concentração do agente lixiviante Tamanho de partículas Porosidade das partículas Velocidade de agitação Concentração da polpa Agentes oxidantes

48 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 Sistema de lixiviação reator com agitação mecânica

49 Teste experimentais de lixiviação - Laboratório

50 Teste experimentais de lixiviação - Laboratório

51 Teste experimentais de lixiviação - Laboratório

52 Teste experimentais de lixiviação - Laboratório

53 F I M