Curso-Metalurgia-2-Capitulo-I

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA CURSO: METALURGIA II : 

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA CURSO: METALURGIA II ING. VICTOR ALVAREZ TOHALINO ING. EDWIN PACHECO PARADA

CAPITULO I: 

CAPITULO I FUNDAMENTOS DEL PROCESO HIDROMETALURGICO

INTRODUCCION: 

INTRODUCCION Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva (disolución) de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre de hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución. La hidro-electrometalurgia comprende el conjunto de procesos de lixiviación y precipitación por medio de electrólisis.

INTRODUCCION: 

INTRODUCCION Las tres principales etapas de los procesos hidrometalúrgicos son: Disolución del componente deseado presente en la fase sólida. Concentración y/o purificación de la solución obtenida. Precipitación del metal deseado o sus compuestos .

INTRODUCCION: 

INTRODUCCION Los reactivos químicos que se utilizan para disolver los valores metálicos, se denominan agentes lixiviantes. Los principales requisitos que deben reunir los agentes de lixiviación son: Selectividad en la disolución del componente deseado. Facilidad para la recuperación desde la solución de los componentes disueltos. Bajo costo .

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS: 

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS Por lo general, una reacción o semireacción electroquímica se escribe en el sentido de la reducción o captación de electrones. Donde: Ox. : Especie oxidante. Red. : Especie reductora . n : Numero de electrones que participan en la reacción.

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS: 

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS La condición de equilibrio para un sistema electroquímico es: E : Potencial de la reacción electroquímica (V) . E° : Potencial estándar de la reacción electroquímica (V) R : Constante de los gases (1.987 cal/mol.K ) . T : Temperatura ( K ) . n : Número de electrones que participan en la reacción . F : Constante de Faraday ( 23060 cal/volt. o 96500 C) .

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS: 

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS Reemplazando en la ecuación anterior los valores de las constantes R y F; cambiando a logaritmo decimal y considerando la temperatura de 25°C: E°= potencial estándar de la reacción electroquímica, es decir todos los compuestos que participan en la reacción están en su estado estándar. Sólidos y líquidos puros, y especies disueltas en concentración de 1 mol/litro.

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS: 

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS El potencial estándar de la reacción electroquímica es: O también: ν : Coeficientes estequiométricos de la reacción . µ : Energías libres de formación (cal). n : Número de electrones que participan en la reacción . F : Constante de Faraday ( 23060 cal/volt. o 96500 C) .

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS: 

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS Ejemplo Se considera la semi - reacción : Cu 2+ + 2 e - <=> Cu Los resultados para diferentes concentraciones de Cu

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS: 

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS La forma más conveniente de representar la termodinámica de sistemas acuosos es en forma gráfica en los diagramas de Pourbaix o diagramas potencial - pH. Estos diagramas son muy utilizados por cuanto permiten visualizar posibilidades de reacciones, sin necesidad del cálculo termodinámico, para los fenómenos que ocurren en medio acuoso. Tratandose del equilibrio termodinámico de especies en solución acuosa, es relevante incluir en los diagramas Eh - pH los límites de estabilidad del agua.

Diagrama Eh – pH del Agua: 

Diagrama Eh – pH del Agua

Diagrama Eh – pH del Sistema Cu - H2O: 

Diagrama Eh – pH del Sistema Cu - H 2 O

CINETICA DE REACCION: 

CINETICA DE REACCION La cinética de la reacción predice si ella va a ocurrir en un tiempo razonable. Este factor es muy importante para la evaluación de la rentabilidad económica de todos los procesos hidrometalúrgicos. También en las plantas en operación, optimizar la cinética resulta generalmente en un mejoramiento del proceso . Por ello los productos finales de una operación hidrometalúrgica van a estar condicionados generalmente por aspectos de tipo cinético.

CINETICA DE REACCION: 

CINETICA DE REACCION Los sistemas hidrometalurgicos están caracterizados por sistemas heterogéneos. Sus reacciones tienen lugar en una interfase en la cual ocurre transferencia de materia de una fase a la otra. Las reacciones heterogéneas pueden ser controladas por la velocidad de la reacción química o por la transferencia de masa de los diversos reactantes hacia la superficie de contacto de los dos fases.

CINETICA DE REACCION: 

CINETICA DE REACCION Las etapas principales de una reacción son : Transporte de masa de los reactantes gaseosos a través de la interfase gas - líquido y posterior disolución (cuando es el caso). Transporte de masa de los reactantes a través de la capa límite solución - sólido, hacia la superficie del sólido. Reacción química o electroquímica en la superficie del sólido, incluyendo adsorción y desorpción en la superficie del sólido y/o a través de la doble capa electroquímica. Transporte de masa de los especies producidos a través de la capa límite hacia el seno de la solución.

Reacción de Lixiviación con Disolución Completa del Mineral: 

Reacción de Lixiviación con Disolución Completa del Mineral

CINETICA DE REACCION: 

CINETICA DE REACCION Otro modelo simplificado de lixiviación implica la formación de una capa de residuo poroso. Este caso es tal vez el más frecuente en la lixiviación. En este modelo existen dos etapas adicionales: Difusión del reactivo a través de la capa sólida producida por la reacción (producto poroso) . Transporte de masa de las especies solubles, productos de la reacción, a través de la capa sólida formada, hacia el seno de la solución.

Reacción de Lixiviación con Formación de una Capa Porosa: 

Reacción de Lixiviación con Formación de una Capa Porosa

DIFUSION: 

DIFUSION La difusión en fase homogénea es la etapa limitante más común en una reacción hidrometalúrgica. La difusión es un proceso que tiende a igualar concentraciones dentro de una fase. El potencial que provoca la difusión es el gradiente de concentración dentro de la fase. En reacciones de disolución de un sólido, la difusión a través de una zona adyacente a la interfase sólido - líquido puede ser controlante de la velocidad.

Perfil de Concentración de un Reactante Cerca de la Interfase Sólido-líquido: 

Perfil de Concentración de un Reactante Cerca de la Interfase Sólido-líquido Concentración Reactante Distancia de la interfase (x) 0 0 Sólido C° t=0 t Cs

DIFUSION: 

DIFUSION La primera ley de Fick relaciona la cantidad de material que se difunde por unidad de tiempo en dirección perpendicular a un plano de referencia de área unitaria con su gradiente de concentración J:Flujo de material a través del plano. ( moles/cm 2 s) C:Concentración de la especie disuelta (moles/cm 3 ) x :Coordenada de posición (perpendicular al plano) D:Coef. de difusión de la especie en sol. acuosa (cm 2 /s).

DIFUSION: 

DIFUSION La capa de difusión es una delgada capa de líquido adyacente a la interfase sólido – líquido. Prácticamente se adhiere al sólido, debido a que es necesario que la velocidad de la solución sea nula en la interfase con el sólido. El transporte de masa de especies disueltas a través de esa capa de líquido adherido al sólido se hace por difusión. Nernst propone la siguiente aproximación de la ecuación de Fick, por linealización en x=0:

DIFUSION: 

DIFUSION C o : Concentración de la especie en el seno de la solución. C s : Concentración de la especie en la superficie del sólido.  x : Espesor de la capa de difusión de Nernst.

Gradiente de Concentración Cerca de la Interfase Sólido-líquido: 

Gradiente de Concentración Cerca de la Interfase Sólido-líquido

DIFUSION: 

DIFUSION La difusión a través de la capa de sólido que se va formando como producto de la reacción sobre el núcleo reaccionante y/o a través de la capa de partículas inertes es un factor importante en los procesos heterogéneos. Cuando los poros son grandes, que es el caso de interés en sistemas hidrometalurgicos, la ley de Fick se expresa como:

DIFUSION: 

DIFUSION D f : Coeficiente de difusión efectiva. D: Coeficiente de difusión de la especie considerada en solución acuosa. E: Porosidad de la capa de producto (varia de 0 a 1).  : Tortuosidad de la capa de producto ( en general, fluctúa entre 2 y 10 )