Óxidos y Minerales Sulfurados
Óxidos y Minerales Sulfurados
Óxidos y Minerales Sulfurados
1) Materias Primas
1 14
a) Origen:
Los minerales sulfurados de cobre constituyen el 80% de la extraccin
total de este, el 20% lo constituyen los minerales de xidos. Y a un
nivel global, la calcopirita es la materia prima ms usada en la
industria.
Los principales minerales de xidos de cobre son la Malaquita (Cu 2(OH)2CO3),
Azurita (Cu3(OH)2(CO3)2), Crisolcola(CuSiO3 2H2O), Cuprita (Cu2O), Tenorita (CuO)
y Calcantita (CuSO4 5H2O)
Los principales minerales de sulfuro de cobre son la Calcopirita (CuFeS 2),
Calcocita (Cu2S), Covelina (CuS), Bornita (Cu 5FeS4), Tetraedrita ((Cu,Fe)12Sb4S13)
y Enargita (Cu3AsS4).
La fuente ms grande de cobre es del prfido; depsitos de mineral en el que
uno o una combinacin de los minerales de los indicados est presente. Un
tpico mineral sulfurado de cobre contiene varios niveles de tipos de sulfuro de
hierro que generalmente incluyen pirita (FeS 2) y pirrotina (Fe1-x S). A menudo,
el oro y la plata estn presentes, los que pueden estar asociados con los
sulfuros o estn libres. Las partculas de la ganga pueden consistir en una
variedad de minerales desde silicato de cuarzo a talco y arcillas.
b) Composicin 2:
A continuacin se adjunta una tabla que muestra la composicin de los
minerales sulfurados y de xidos
Mineral
Frmula
Apariencia
Calcocita
Bornita
Calcopiri
ta
Covelina
Enargita
Cu2S
Cu5FeS4
CuFeS2
CuS
Cu3AsS4
Tetraedri
ta
(Cu,Fe)12Sb4
S13
% de
Cobre
80
63
35
66
48
34.8
Malaquit
a
Azurita
Crisolcol
a
Cuprita
Tenorita
Calcantit
a
Cu2(OH)2CO3
57.5
Cu3(OH)2(C
O3)2
CuSiO3 2H2O
55
36
Cu2O
CuO
CuSO4 5H2O
89
80
25.5
Los puntos en color rojo indican yacimientos de prfidos y los tringulos en azul
indican depsitos de cobre alojados en los sedimentos
El mayor productor de cobre en el mundo empresarial es la empresa estatal
chilena Codelco. Codelco produjo 1,76 millones de toneladas de cobre refinado
en el 2010, alrededor del 11% de la produccin mundial total. Otros grandes
productores son Freeport-McMoRan Copper & Gold Inc., BHP Billiton y Xstrata
Plc.
a) Operaciones Involucradas:
Etapa 1: Chancado
El mineral proveniente de la mina presenta una granulometra variada, desde
partculas de menos de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 m de dimetro,
por lo que el objetivo del chancado es reducir el tamao de los fragmentos
mayores hasta obtener un tamao uniforme mximo de pulgada (1,2 cm).
Para lograr el tamao deseado de pulgada, en el proceso del chancado se
utiliza la combinacin de tres equipos en lnea que van reduciendo el tamao
de los fragmentos en etapas, las que se conocen como etapa primaria, etapa
secundaria y terciaria.
En la etapa primaria, el chancador primario reduce el tamao mximo de los
fragmentos a pulgadas de dimetro.
En la etapa secundaria, el tamao del material se reduce a 3 pulgadas.
En la etapa terciaria, el material mineralizado logra llegar finalmente a
pulgada.
Etapa 2: La Molienda
Objetivo: Mediante la molienda, se contina reduciendo el tamao de las
partculas que componen el mineral, para obtener una granulometra mxima
de 1 0 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberacin de la
mayor parte de los minerales de cobre en forma de partculas individuales
El proceso de molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o
molinos de forma cilndrica, en dos formas diferentes: molienda convencional o
molienda SAG. En esta etapa, al material mineralizado se le agregan agua en
cantidades suficientes para formar un fluido lechoso y los reactivos necesarios
para realizar el proceso siguiente que es la flotacin.
Hasta aqu para ambos tipos de minerales los tratamientos previos
son los mismos
Etapa 3: La Flotacin (exclusiva para minerales sulfurosos)
Objetivo: La flotacin es un proceso fsico-qumico que permite la separacin de
los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno, del
resto de los minerales que componen la mayor parte de la roca original.
La pulpa proveniente de la molienda, que tiene ya incorporados los reactivos
necesarios para la flotacin, se introduce en unos receptculos como piscinas,
llamados celdas de flotacin. Desde el fondo de las celdas, se hace burbujear
c) Requerimientos energticos:
Chancador primario7: 118 KW
Molino de barras 8: hasta 600 kW
Molino de bolas 9: hasta 2000 kW
Molino SAG
10
: hasta 16000-36000 kW
3) Conversin
Para los minerales sulfurosos
(el
de
de
de
Ec.1
Cu 2 S+O2 2 Cu+ S O2
Ec.2
Nota: Esta es una versin simplificada del proceso - un intento para condensar
todo a dos ecuaciones bastante sencillas. Hay todo tipo de variaciones sobre la
extraccin, uno de estos tipos de ellos lo hace todo en un solo horno, y las
ecuaciones anteriores representan este proceso en particular.
El producto final de esto se llama cobre blster, una forma porosa y frgil del
cobre con un porcentaje de pureza en un rango del 98-99.5%
Esto significa que el cobre y el oxgeno han sido reducidos (disminucin del
estado de oxidacin). El azufre se ha oxidado (aumentado su estado de
oxidacin)
El agente reductor es por lo tanto el ion sulfuro en el sulfuro de cobre (I)
En la primera reaccin el CuFeS 2 se debe saber que el cobre y el hierro tienen
un estado de oxidacin de +2. El estado de oxidacin del silicio no cambia de
+4. El cobre se ha reducido de +2 a +1; el oxgeno (en el gas) se ha reducido
de 0 a -2 (el oxgeno en el SiO 2 no sufre cambios) y tres de los cuatro sulfuros
en la parte izquierda de la reaccin se han oxidado de -2 a +4 (el otro no sufre
cambios)
Aqu los iones sulfuro estn actuando como agentes reductores
Respecto de los gases metalrgicos primarios producidos en el proceso (ricos
en SO2), stos salen del Horno por una torre refrigerada y pasan a una caldera
donde se enfran hasta alcanzar una temperatura de 350 C. Transfieren su
calor por radiacin y conveccin a los tubos de la caldera para producir vapor
saturado de 60 bar de presin, que se utiliza en mltiples aplicaciones como un
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TenoritaCuO+ H 2 S O4 CuS O4 + H 2 O
Ec.3
Ec.4
Los principales mtodos de lixiviacin son: in situ, dump, heap, vats y por
agitacin. La seleccin del mtodo de lixiviacin depende de las
caractersticas fsicas y qumicas del mineral y los minerales asociados a ser
tratados. Los factores importantes son: El grado del mineral, la solubilidad del
valor metlico, la cintica de la disolucin, el consumo de reactivo, etc.
d CCu /dt
+2
Minerales Sulfurosos
Cuando el cobre se fabrica a partir de minerales sulfurosos por el mtodo
descrito, el producto que se obtiene es impuro. Primero el cobre blster se trata
para remover todo el azufre remanente (atrapado como burbujas de dixido de
azufre) y luego fundirlo en nodos para refinacin usando electrolisis
La purificacin del cobre usa una solucin electroltica de sulfato de cobre (II),
nodos impuros de cobre y tiras de cobre de alta pureza
2++2 e Cu(s)
Cu(ac)
Ec.8
2++ 2 e
Cu(s ) Cu(ac )
Ec.9
Minerales de xidos
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Bibliografa (Nota: Los sitios web fueron visitados desde el 4 al 5 de Mayo del
2013)
1 http://resources.schoolscience.co.uk/CDA/14-16/cumining/copch2pg2.html
2 http://resources.schoolscience.co.uk/CDA/14-16/cumining/copch2pg2.html
3 http://geology.com/usgs/uses-of-copper/copper-deposits-map-lg.jpg
4 http://www.alibaba.com/product-gs/713007622/Sunhill_Copper_Sulphide.html
5 http://www.chemguide.co.uk/inorganic/extraction/copper.html
6 https://www.codelcoeduca.cl/cobre Patricio Cuadra, Codelco Central
7
http://www.acee.cl/sites/default/files/recursos/guias/Guia_Sistemas_Tratamiento
_Materiales%20(1).pdf
8 http://www.trituradoras-machacadora.mx/blog/caracteristicas-de-molinos-debarras-molino-de-barras-para-la-venta.html
9 http://www.equitec.co/files/maquinaria/molinos_de_bolas.pdf
10 http://www.cement-machine.com.es/semi-autogenous-mill.html
11 https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2010/2/MI51G/1/material.../314691
12
https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/escolares_electroobtencion.
asp
13 http://tecnolowikia.wikispaces.com/Aplicaciones+del+Cobre
14 http://industrial.umsa.edu.bo/ingcoronel/PRACTICA%208.pdf