WO2020142855A1 - Planta para la obtención de sulfato de cobre pentahidratato - Google Patents

Planta para la obtención de sulfato de cobre pentahidratato Download PDF

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WO2020142855A1
WO2020142855A1 PCT/CL2019/000002 CL2019000002W WO2020142855A1 WO 2020142855 A1 WO2020142855 A1 WO 2020142855A1 CL 2019000002 W CL2019000002 W CL 2019000002W WO 2020142855 A1 WO2020142855 A1 WO 2020142855A1
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copper
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mineral
crystallization
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PCT/CL2019/000002
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Julio Domingo BUCHI GATICA
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Compañía Minera Pargo Minerals Spa
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    • C01G3/00—Compounds of copper
    • C01G3/10—Sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B15/00—Obtaining copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/22—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present application considers a Plant for the Obtaining, in two Phases in regime, of Copper Sulfate Pentahydrate from oxidized copper minerals, with an average content of 20% Cu, with predominant mineralogical species in Copper Oxides.
  • Copper Sulfate Pentahydrate is generically the most important chemical compound of copper at industrial level. It has been known since ancient times as "blue vitriol". Most of the other copper salts used for special industrial purposes are prepared from it, such as: other sulfates, oxides, carbonates, chlorides and oxychlorides.
  • the latter can easily crystallize, from aqueous solutions forming large blue crystals with a triclinic structure, or, controlling the granulometry, as small celestial crystals, known as "snow type” sulfate. Applying heat to 110 ° C, it loses water molecules to form a greenish-white monohydrate and, later, at 250 ° C, the corresponding anhydrous salt, which is absolutely white.
  • the method described in the 1950 American patent to produce copper sulfate first comprises forming a copper mass that is substantially porous throughout, forming said mass of copper particles having a maximum size of approximately 10 inches, keeping said mass submerged at a temperature between 65 and 100 ° C in an aerated solution of copper sulfate and sulfuric acid, the air being continuously introduced at the bottom of the mass.
  • US2533245, 12-12-1950, Method of producing copper sulfate, TENNESSEE COPPER COMPANY, George Harike As can be seen from the aforementioned patent, the method consists of a hydrometallurgical procedure applied to the copper metal, pretreated to reduce its size and improve its disposition for transformation to sulfate. The extraction or recovery of copper sulfate is subsequently carried out through the use of liquid solutions.
  • the oxidized precipitate is leached at weakly acidic pH, mixed with recirculating solution and water, by treatment with concentrated sulfuric acid, to raise the temperature to 90-95 ° C.
  • Impurities and solids are removed by flocculation and decantation (flocculant - acid range as magna-fluorine) (ES460108, 01-05-1978, Procedure for obtaining commercial grade copper sulfate, INCOMET SA. Miguel Campo Rodr ⁇ guez).
  • the mineral requires a pre-leaching treatment, not only roasting and size reduction, it is important to also consider the removal of impurities after leaching the copper salts, in this case via a flocculation, to obtain a commercially attractive product
  • copper sulfate can be obtained from the addition of dilute sulfuric acid on copper or copper oxide in large quantities, followed by evaporation and crystallization.
  • the blue vitriol is obtained, which must be recrystallized for purification.
  • 50% sulfuric acid it dissolves with the mother liquor of the vitriol until reaching a density of 1.2 g / ml and this solution, after clarification, is crystallized.
  • the chalcopyrite slag is sprayed with water and a weak solution of copper sulfate, the iron is treated to precipitate the copper, which is heated to 400 - 500 ° C and dissolved in a sulfuric acid tank, then the solution is concentrated to obtain copper sulfate crystals.
  • the Russian firm Kyshtymm Electrolytic Copper Works produces copper sulfate from a basic copper slag, which is pulverized and with a subsequent treatment an acidic copper sulfate solution is obtained. This product is further purified by recrystallization.
  • Copper sulfate from chalcopyrite is based on desulfonation and subsequent treatment with sulfuric acid of concentration 1, 07-1, 09 g / ml, where air is bubbled through the mixture at a temperature of 80-90 ° C and the solution is concentrated at 1, 30-1, 31 g / ml under vacuum at a temperature of 25-28 ° C, the amount of sulfuric acid and copper are calculated stoichiometrically taking into account the copper present in the mineral.
  • Copper sulfate can be produced from a copper material that is obtained in metal smelting, for which the material is ground and leached with a 5-10% sulfuric acid solution at a temperature of 60-70 ° C. The solution is filtered, decanted and evaporated obtaining crystals with 50% copper sulfate.
  • the most common purification methods include: distillation, crystallization, extraction, chromatography. In some cases volatile impurities and others can be removed simply by heating.
  • the most widely used purification method in the case of inorganic compounds is crystallization and recrystallization, by which the largest amount of impurities present is removed.
  • the material is dissolved in a suitable solvent, by vigorous stirring and heated to a temperature close to the boiling point, to form a solution close to saturation.
  • the hot solution is filtered to remove insoluble particles.
  • a jacketed filter funnel can be used and the solution can be diluted with more solvent.
  • the crystals are separated from the mother liquor, either by centrifugation or by vacuum filtration, through a sintered glass or Buchner.
  • Centrifugation is usually the most used due to the greater efficiency in separating the crystals from the mother liquor and the saving of time, particularly when the crystals are very small and fine.
  • Copper sulfate production is a widespread technology from oxidized minerals and acidic solutions of mine water; In order for copper sulfate to reach the characteristics of the respective technical standard, it is usually done by purifying and concentrating the leaching solutions by: extraction and re-extraction with organic solvents; As is generally known, this technology is expensive.
  • the crushing plant that aims to reduce the ore to a grain size of 100% - 1 ⁇ 2 "at a rate of 1,250 tons / day.
  • the Mineral Leaching Plant consists of the construction of a Dynamic Pile of approximately 12,000 m 2 in area. This leaching will be carried out in two leaching cycles using Refining and PLS solutions.
  • the solvent extraction plant has two stages of countercurrent extraction, one washing stage and two re-extraction stages.
  • the loaded organic goes to a coalescence stage where the strong work of retention of aqueous and solids is carried out and then it is sent to a washing stage with the same characteristics as the extraction stages with the difference that only the main mixer has, wash water is 90% recirculated and acidified with poor electrolyte purge inputs.
  • Copper sulfate pentahydrate plant, Antofagasta Region, Environmental Impact Statement, January 2011 In general, production plants use extraction methods to obtain copper sulfate, which complicates the operation and increases costs.
  • the crystalline Copper Sulfate that is commercialized in the generality of the cases, is produced from aqueous solutions of copper sulfate, mainly in crystallizers by cooling, or in trays.
  • solutions are commercially prepared by circulating a sulfuric acid solution through a tower containing secondary copper metal granules (scrap wire cuttings and other industrial tips) up to 5.08 [cm] in diameter, while simultaneously circulating countercurrent air to gradually oxidize metallic copper to cupric ion.
  • secondary copper metal granules scrap wire cuttings and other industrial tips
  • countercurrent air to gradually oxidize metallic copper to cupric ion.
  • the crushed material is carried by conveyor belts to the place where the pile (material cake) will be formed.
  • the material is subjected to a first irrigation with a solution of water and sulfuric acid, known as the curing process, in order to start the desulphating process of the contained copper on the way.
  • the mineral is unloaded by means of a large spreading equipment, depositing it in an orderly manner, forming a continuous embankment: a leaching pile.
  • An irrigation system (drip sprinklers) is installed over this pile, covering the entire exposed area.
  • An acidic solution of water with sulfuric acid is slowly poured through the irrigation system. This solution infiltrates from the surface to the base of the pile, acting quickly.
  • the irrigation of the batteries is maintained for 45 to 65 days, recovering, in some cases, 80% of the copper contained in the mineral.
  • the remaining material (rubble) is transported by means of straps to dumps where a second leaching process “could” be restarted to extract the rest of the copper (Secondary Leaching).
  • a waterproof membrane is previously installed, on which a system of drains (grooved pipes) is arranged, which allows collecting the solutions that infiltrate through the material.
  • the general objective is to selectively capture the Cu ++ ions from an impure low concentration solution and release them in a high acid solution, obtaining a solution with a higher concentration of copper with less impurities (electrolyte).
  • the process is highly selective.
  • the aqueous solution is put in contact with an organic solvent capable of extracting from it the copper it contains.
  • the copper is re-extracted from the organic, obtaining a high purity copper sulfate solution.
  • production plants use heap leaching to recover copper in low-grade minerals, a process that requires a long time to treat the mineral with solutions of sulfuric acid.
  • the extraction method described for obtaining copper sulfate considers a resin. , which makes the obtaining operation difficult.
  • Copper and cobalt have in common that in natural cases they do not appear in pure form, but together with a multitude of other metals.
  • the accompanying metals in minerals that contain copper and / or cobalt are mainly iron and nickel. Copper and cobalt metals are also present in minerals such as sulphides or oxides.
  • a feed stream containing copper and cobalt in sulfidic form is introduced into a roasting process.
  • this object is solved by a process with the claimed characteristics.
  • a feed stream containing copper and / or cobalt sulfide is supplied to a roasting stage in which the feed stream is exposed to temperatures between 600 and 730 ° C in an oxidizing atmosphere and converted to sulfate. copper and / or cobalt.
  • a total waste gas stream containing S02 is also obtained.
  • the thermal energy and / or a sulfur-containing gas are supplied to the roasting stage as an energy carrier through the feed stream and / or the fluidizing gas, for example for a provided fluidized bed or the like in the roasting stage.
  • the reaction is carried out at 90 ° C in a batch reactor where copper oxidation occurs in the presence of air and sulfuric acid (H 2 S0 4 ) in aqueous medium, and lasts for about 18 hours, so the time elaboration of the final product is high.
  • this preparation consists of cleaning and separating the scrap.
  • the copper scrap cleaning process will be done through manual and mechanical cleaning.
  • the reactor where the reaction will take place has to have special characteristics to be able to withstand the reaction of an acid compound, the reaction will occur at a temperature of 90 ° C, inside the reactor oxidation of copper in acidic solution occurs airy.
  • the stages of the process are: (1) migration of hydrogen ions to the copper surface; (2) flow of electrons on the copper metal surface to the hydrogen ions; (3) formation of atomic hydrogen; (4) formation of hydrogen molecules; (5) release of molecular hydrogen from the copper surface.
  • the resulting mixture in the reactor is copper sulfate and water, which evaporates to a density of 1200 [Kg / m 3 ], then it is cooled to obtain the crystals of copper sulfate.
  • Copper Scrap in the City of Oruro, SCRIBD, Marcelo Callapa, Nov 21, .2017).
  • the production plant described in this publication uses the oxidation of copper to its ionic form to take advantage of waste metallic copper, a process that requires treatment of copper with solutions of sulfuric acid and oxygen, the method of obtaining described for obtaining copper sulfate. considers an evaporation to concentrate the Copper Sulfate solution, which complicates the operation regarding the material and the design of the ponds.
  • the acidic medium and the high temperatures to evaporate decrease the useful life of the equipment used.
  • the mineral in question given its solubility characteristics shown in Table No. 2, its predominant copper species could be Tenorite (CuO) and / or Cuprite (Cu20), high-density mineral species, 6.1 and 6.45 gr / cm3 fact that facilitates its concentration compared to the other species present in the head, being able to assure that by means of the present process of obtaining Copper Sulfate Pentahydrate, it is obtained at least in Technical Grade quality of 98.2% purity with 25% Cu minimum.
  • the process designed for the plant basically consists of two obtaining phases, which are shown schematically in figure N ° 1 and are the following:
  • Second Phase of Saturation of the Solution and Crystallization of Copper Sulfate in which 55% of the remaining mineral is processed during the saturation process also made up of two identical operating lines, consisting of an 18.5 m reactor 3 , a 11.5 m 3 mixing tank, Hydrocyclone batteries, two 12.5 m 3 crystallizing tanks, a Centrifugal Filter and a common water cooling and packaging system for cooling.
  • the recirculation process and achievement of the saturated solution can take 3 to 4 hours to reach the Copper content close to 100 gCu / l, between 96.3 and 117.7 gCu / l, and therefore the condition required for maximum generation possible crystals of copper sulfate pentahydrate, at an average temperature between 80 and 100 ° C
  • the saturated solution is subsequently cooled in crystallizing tanks, with circulation of water for cooling through the jacketed mantle and by coils inside, until reaching a final temperature between 8 and 12 ° C
  • the mineral to be fed is subjected to a grinding process with conditions that allow for of a ground mineral in which the D 8 o, particle size below which is 80% by weight of the material, is equal to or less than 1mm.
  • the designed process basically consists of two phases and are as follows: First phase of leaching by agitation and formation of stock solution
  • a saturated copper solution is obtained (107 gCu / l, between 96.3 and 117.7gCu / l and 200 gH2S04 / l, between 180 and 220 gH2S04 / l).
  • Said copper dissolution and saturation process of the entered solution is carried out at a temperature of between 80 and 90 ° C.
  • the design of the plant is for the production of 600 t / m of Copper Sulfate, from oxidized copper ore with an average content of 20% Cu, which according to the chemical analysis shown in Table No. 2, 92, 75% of. This is soluble Cu, that is to say, 18.55% of the mineral, since it does not consider the low grade mineral sample.
  • the commercial product generated is characterized by CuSO ⁇ 5H 2 0 (100% snow-blue vitrolium crystals under 3 m or 20 Tyler meshes. ), with a purity equivalent to 98.2% and 25% Cu content.
  • the plant's design is modular, consisting of two operating lines per process phase, which process 412.55t / m of ore, that is, 13.75 tpd / line.
  • Oxidized Copper Ore of 20%. 97% ground mineral under 2mm. Apparent density of the mineral, p 1.7 t / m 3
  • each operation line will be made up of three tanks with agitation system (TK) of 12.75m 3 tools each that operate sequentially in such a way that by Agitated Leaching, 45% of the daily mineral fed to the process (12,375 kg / d in total, i.e. 1031, 25kg / cycle (c) per tank), with sulfuric acid (314.18kg Acid (100%) / cycle, diluted in water, generates the aforementioned stock solution, necessary for the next phase.
  • TK agitation system
  • the required daily liquid output will be, after two process cycles / day: 23.8842m 3 / d of PLS with 15.57 gr / l of Cu and 1.56 gr / l of H 2 S0 4 , with an average density of 1,028.9kg / m3, with a pH of 1.8.
  • Solid output depleted gravel (humidified in a rich solution in the form of pulp of approximately 69% solids) results in 788.91 Kg / cycle / tank of solid, and in total 1,141.9kg / cycle of pulp (0.8075m 3 / pulp cycle) quantity that together with the other exhausted rubbish removed from the other TK's of this stage (in total 12 per day) as well as from the reactors of the second phase of the process in the operating lines that are components of that phase, are subjected to a Liquid Solid Separation (in a Thickener and Press Filters), in order to recover the water used in its washing as the one present in the remaining solution as well as the soluble copper contained in the humidifying solution of the rubble, a liquid mixture that is used as water composition for the present process.
  • a Liquid Solid Separation in a Thickener and Press Filters
  • Inlet Feeding the outgoing solution from the previous pond (11, 9421m 3 / cycle of PLS with 15.57 gr / l of Cu and 1.56 gr / l of H 2 SO 4 ) 1031, 25Kg / cycle of mineral with a equivalent to 191, 30Kg / cycle of soluble Cu, along with also adding 174,231 / cycle of H 2 S0 4 (98%), and 0.0271m 3 of water to adjust to the useful volume of the pond, and generate after a cycle of Agitation 6 to 8 hours, 11, 9421m 3 / d of the PLS required for the formation of the initial stock solution of the following process.
  • Inlet Feeding the outgoing solution from the previous pond (11, 9421m 3 / cycle of PLS with 30.71 gr / l of Cu and 3.074 gr / l of U 2 S0 4 ) as well as 1031, 25Kg / cycle of mineral with an equivalent at 191, 30Kg / cycle of soluble Cu, along with also adding 174.23 l / cycle // 2 50 4 (98%), and adding 0.0271 m 3 of water to adjust to the useful volume of the pond, and therefore generate after a 6 to 8 hour agitation cycle, 11, 9421 m 3 of the required PLS.
  • Liquid output 23.8842m 3 / d of PLS with 45.42gr / l of Cu and 4.51 gr / l of H 2 S0 4 , with an average density of 1,084.4kg / m 3 .
  • Solid outlet debris depleted (humidified in rich solution, such as 69% solids pulp) approximately 2,285.4 Kg / d / tank, equivalent to 1,616m 3 of material that will be fed into the Solid Liquid Separation system (Thickener + Filter Press ) already described, for the recovery of solutions rich in copper and the waters used in the washing of gravel and filter filter cloths, which will serve as a composition for this phase of the process.
  • debris depleted humidity in rich solution, such as 69% solids pulp
  • Second Phase Saturation and Crystallization of the Product.
  • the mineral Given the granulometry of the mineral, it is dosed in its entirety to the mixing tank of 11, 50m 3 of useful volume, which has an agitation system, to form part of the mother solution with an initial pulp of 1,400kg / m 3 density, the The purpose is to adequately fluidize the mineral prior to beginning the dissolution of the copper contained in it, using 4.313m 3 of the mother solution generated in the previous phase of the process.
  • the pulping process can take on the order of 1.0 to 1.5 hours.
  • the heating of the material in process is started by means of a coil with circulating steam installed inside the pond in order to maintain the temperature between 80 and 90 ° C, as well as when starting the recirculation of the pulp mixture and solution, dosed with the required acid towards the closed reactor, heating of the process in said reactor is started by means of an internal steam coil that allows maintaining the temperature between 80 and 90 ° C.
  • the process of recirculation and achievement of the saturated solution can take 3 to 4 hours to reach the content of Copper close to 100 gCu / l, and therefore the condition required for the maximum possible generation of crystals of copper sulfate pentahydrate.
  • the heating of the solutions to reach and maintain the 80 and 90 ° C required for the dissolution and saturation process in copper is carried out by recirculating saturated steam delivered by a boiler through a network that feeds coils submerged both in the Pond Mixer as in the Reactor in its lower area.
  • Inlet Recycle and maintain the process temperature between 80 and 90 ° C, in its lower area and in order to maintain adequate agitation to avoid the settling of the initial ore and the resulting gravel, forced air is injected from a blower, to the benefit of the kinetics of dissolution by keeping the mineral in suspension inside the reactor.
  • a coil is installed through which saturated steam circulates to maintain the temperature of the solution between 80 and 90 ° C.
  • the recycled solution from E1 is fed by a tangential pipe with a 20 ° inclination towards the top of it, and at 0.8m above the end of its cylindrical shape, whose function is to develop a rotational flow inside R-1, that helps to avoid the settling of the circulating solid materials.
  • Liquid outlet Overflow of the solution to be saturated in copper towards E1, while maintaining recirculation. Once the indicated saturation parameters have been reached (approximately 100gCu / l, between 96.3 and 117.7gCu / l and 200gAc./l, between 180 and 220 gAc./l) the solution is left to rest so that the solid material (gravel ) decanted in its entirety and deposited in the conical bottom of the reactor. The rubble-free saturated solution is removed from the process and bypassed to crystallizers to generate the final product of the process.
  • the solid outlet corresponds to depleted gravel (mixed with rich solution) at the end of the Production Lot process, approximately 3,576.4 kg / cycle / gravel operating line and 1,288m 3 of 69% solids pulp, an amount that together with the other rubble removed in the form of pulp from the previous phase and from the other lines of operation that make up the process, will be subjected to a Liquid Solid Separation (in Thickener and Filter Press), in order to recover the water used in its washes and the soluble copper, contained in the solutions that have been extracted from the equipment along with the rubble, enriched solution that will be used to replace the fresh water used to start the stirring process.
  • a Liquid Solid Separation in Thickener and Filter Press
  • the saturation solution overflow is continuously received in it and recycled from the R-1 reactor.
  • This equipment has a stirrer inside in order to keep the ground mineral in suspension, as well as homogenize the solution in its acid and copper concentrations and its heating temperature.
  • a lower discharge at the end of the cylindrical zone is connected to a delivery pump that recycles the homogenized and hot solution at a temperature between 80 and 90 ° C towards R-1, as well as allowing the removal of the final saturated and clean solution.
  • rubble with approximately 100gr / l of Cu and 200gAc./l
  • this tank has an internal coil where saturated steam circulates for heating the contained solution between 80 and 90 ° C.
  • the solution is left to stand so that the solid material (rubble) decants in its entirety and is deposited in the conical bottom of the pond.
  • the solid output corresponds to depleted rubble (mixed with rich solution) at the end of the Production Lot process, approximately. 2.208,9Kg / cycle / gravel operating line and 0,795m 3 pulp 69% solids.
  • Acid Dosing Pond volume 0.5 m 3 , equipment that must allow a slow and controlled dosage of the sulfuric acid required in this phase of the process given the magnitude of its volume (4,217.01 / btde H 2 S0 4 (98%) ), and bearing in mind that said addition to a dilute solution, rich in water, generates an exothermic reaction that destabilizes the process temperature.
  • This equipment is installed on the mixing tank, in which the dosage of acid is made permanently to the solution to be saturated, which requires delivery with 200gpl, between 180 and 220gpl to the process of Crystallization. It is convenient for the dosing system to be manual so that the operator has good temperature control, in order to protect the process equipment that should not exceed 100 ° C.
  • the solution remains at rest in order to generate the decantation of the crystals formed at the bottom of the crystallizer and dispose of a copper-poor solution with 35gCu / l and 200gAc / l glass cleaner that can be removed early and stored for recirculation in the Second Phase.
  • the glass pulp thickened in the crystallizers is discharged into a 3 3 feeder tank that pours its contents to the Centrifugal Filters on the filter cloth that they have attached to the rotating drum so that in this way the final separation of the remaining poor solution occurs of the produced sulfate crystals, which are retained in it (CF-1 and CF-2).
  • the crystallized Copper Pentahydrate Sulfate will be packed in 1,250 Kg maxisacks that have an inner plastic bag, which isolates the product from the environmental conditions that may affect its quality.
  • This product is characterized by its vitreous blue color, 25% Cu minimum, humidity less than 3%, pH less than 4.5 and granulometry 100% under 20 # Tyler.
  • a water cooling tower and a series-connected Chiller forced cooling equipment are required, in addition to the water booster pumps. refrigerated towards the crystallizers.
  • Copper Sulfate Plant based on an area proportional to that occupied by each 300t / month operational line at the Copper Sulfate Plant, which includes the following equipment: Water Cooling Tower, Chiller for Forced Cooling, Storage Tanks for Water and Solution to recycle, Reactor, Mixer, two Crystallizers, two Centrifuges, Air Blower, Compressor and six pumps.
  • a TK must be designed for 10 days of operational autonomy, with a permanent daily consumption of 8.5 m 3 and an initial consumption of 10.6 m 3, therefore it is considered
  • phases 1 and 2 there is debris generation depleted by leaching and dissolution of the mineral, respectively, obtaining a daily total of 9,466, 9Kg / d per stage.
  • the first Agitation and Concentration Phase and 11,570.6Kg / d in the Second Saturation and Crystallization Phase in total 21,037.5kg / day, resulting in a generation of approximately 630t per month, reaching 7,600t per year, equivalent to Practical terms, with an apparent density of 1.7 t / m 3 , to have to dispose of 4,450m 3 / year of said material and in 3 years to have to dispose of 113,340m 3 . Consequently, this means having an annual storage area of:
  • Vs volume of sulfate pentahydrate
  • Vrf Vr - 0.03 * 7418, 6 / pvr
  • VDF Variable Frequency Drive
  • Recirculation circuit of the recycled solution (37.4 g of Cu / I and 167.1 g of H2S04 / I) consisting mainly of the copper-poor solution (approximately 20.86m 3 / day of 35g of Cu / I and 200g of H2S04 / I) that is released in the Sulfate Crystallization Process, also by the group of solutions that is generated from the debris-free solution obtained in the thickener overflow, from the solution removed from the debris in the Filter Press and that generated by washing the fabrics of this filter.
  • the volume of solutions that make up this last group is estimated at 5.5276m3 / day / line of operation, which given the incorporation of washing water are more dilute (those that in regime, it is estimated that 46.5g of Cu / I and 44.3g of H2S04 / I)
  • a total volume of 26.3842m 3 / day / operating line is available with the characteristics already described (37.42 g of Cu / I and 167, 11 g of H2S04 / I).
  • the depleted rubbish and mixed with part of the saturated solution are discharged through the bottom of these ponds to be sent to the thickening process (5).
  • the obtained saturated solution (23.71 m 3 / day / operating line of 107 gCu / l and 200 gH2S04 / l) is transferred to the cleaning process described below.
  • the chilled water used in this process comes from the Individualized Process as 14, water cooling system, which is described later.
  • WO2014127808, 08-28-2014 Process and plant for producing copper and / orcobalt sulfate, Outotec Finland OY, Jochen Güntner. Pentahydrated Copper Sulfate from Copper Scrap, in the City of Oruro, SCRIBD, Marcelo Callapa, Nov 21, 2017

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Abstract

La presente patente considera una planta en régimen para la Obtención en dos fases de Sulfato de Cobre Pentahidratado, a partir de minerales oxidados de cobre, con un contenido promedio de 20%Cu, con especies mineralógicas predominantes en óxidos de Cobre. La primera fase de formación de la Solución Madre mediante lixiviación por Agitación del 45% del mineral a procesar y la concentración posterior para la formación de la solución madre. La segunda fase del proceso en planta, la etapa de saturación de la solución y la Cristalización del Sulfato de Cobre, en la cual se trata durante el proceso de saturación del 55% del mineral restante. El proceso de cristalización se lleva a cabo en estanques con un enfriamiento en sus paredes laterales encamisadas y en su interior por un serpentín sumergido, por todos los cuales circula agua refrigerada. El sistema de agitación interior genera un movimiento circulatorio de la solución saturada, tanto vertical como horizontal, en función de generar un enfriamiento controlado de ella desde entre los 80 y 90°C hasta lograr la temperatura final de entre 8 y 12°C, en beneficio de la formación adecuada del tamaño de los cristales. Cuando la solución saturada alcanza ya una temperatura cercana a los 45°C se puede visualizar el inicio de generación de los cristales y su crecimiento al disminuir paulatinamente la temperatura de ella.

Description

Planta para la obtención de Sulfato de Cobre Pentahidratado
MEMORIA DESCRIPTIVA.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud considera una Planta para la Obtención, en dos Fases en régimen, de Sulfato de Cobre Pentahidratado a partir de minerales oxidados de cobre, con contenido promedio de 20%Cu, con especies mineralógicas predominantes en óxidos de Cobre.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El Sulfato de Cobre pentahidratado es genéricamente el compuesto químico de cobre más importante a nivel industrial. Se le conoce desde épocas remotas como“vitriolo azul”. A partir de él se preparan la mayor parte de todas las demás sales de cobres usadas para fines industriales especiales, tales como: otros sulfatos, óxidos, carbonatos, cloruros y oxicloruros.
Las formas comerciales más importantes de sulfato de cobre son:
(1) Sulfato de Cobre Anhidro, CuS04
(2) Sulfato de Cobre monohidratado, CuS04 * H20
(3) Sulfato de Cobre pentahidratado, CuS04 * 5H20
Este último puede cristalizar con facilidad, desde soluciones acuosas formando grandes cristales azules de estructura triclínica, o bien, controlando la granulometría, como pequeños cristales celestes, conocidos como sulfato“tipo nieve”. Aplicándole calor a los 110°C, pierde moléculas de agua para formar un monohidratado de color blanco verdoso y, posteriormente a 250°C la correspondiente sal anhidra, que es absolutamente blanca.
El método descrito en la patente de 1943 reivindica un procedimiento de fabricación del sulfato de cobre, a partir de la tostación previa de los sulfuras, para su transformación en óxidos con corriente de aire y calentamiento al rojo, después se trituran y posteriormente se tratan con ácido sulfúrico en frió o caliente. (ES156342, 01- 04- 1943, Procedimiento de fabricación del sulfato de cobre, Enrique Rivas Hiera).
i Como se puede apreciar de la patente citada es relevante la tostacíón previa a altas temperaturas del mineral sulfurado y la reducción de tamaño para luego lixiviar el mineral oxidado.
El método descrito en la patente americana de 1950 para producir sulfato de cobre, comprende primero formar una masa de cobre que este sustancialmente porosa en todo, formando dicha masa de partículas de cobre que tienen un tamaño máximo de aproximadamente 10 pulgadas, manteniendo dicha masa sumergida a una temperatura entre 65 y 100°C en una solución aireada de sulfato de cobre y ácido sulfúrico, siendo el aire, continuamente Introducido en la parte inferior de la masa. (US2533245, 12-12-1950, Method of producing copper sulfate, TENNESSEE COPPER COMPANY, George Harike). Como se puede apreciar de la patente citada anteriormente el método consiste en un procedimiento hidrometalúrgico aplicado al metal cobre, pretratado para disminuir su tamaño y mejorar su disposición para la transformación a sulfato, se efectúa posteriormente la extracción o recuperación del sulfato de cobre a través del uso de soluciones líquidas.
El método descrito en la patente de 1978 reivindica un procedimiento para la obtención de sulfato de cobre de calidad comercial, a partir de precipitados de cobre que se lavan con agua acidulada, se pelletizan y secan, se someten posteriormente a un proceso de tostación y oxidación en hornos especiales, obteniéndose Oxido Cúprico y Oxido Férrico, este material se disgrega y muele.
El precipitado oxidado se lixivia a pH débilmente ácido, mezclado con solución de recirculación y agua, mediante el tratamiento con ácido sulfúrico concentrado, para elevar la temperatura a 90-95° C. Las impurezas y sólidos se eliminan mediante floculación y decantación (floculante - rango ácido como magna-fluor)(ES460108 , 01- 05-1978, Procedimiento para la obtención de sulfato de cobre de calidad comercial, INCOMET S A .Miguel Campo Rodríguez). Como se puede apreciar, de la patente citada anteriormente el mineral requiere un tratamiento previo a la lixiviación, no solo la tostación y reducción de tamaño, es importante considerar también la eliminación de impurezas después de lixiviar las sales de cobre, en este caso vía una floculación, para obtener un producto comercialmente atractivo En la literatura ( 2005) se han descrito varios métodos de obtención de sulfato de cobre, de manera general el sulfato de cobre se puede obtener a partir de la adición del ácido sulfúrico diluido sobre el cobre u óxido de cobre en grandes cantidades, seguida de evaporación y cristalización.
Uno de los primeros métodos de obtención del sulfato de cobre fue desarrollado por Okers basado en la reacción de:
2Cu + 2H2S04 + 02 2 CuS04 + 2H20
Los mejores resultados se obtuvieron a 25 °C y utilizando un exceso de aire, y con una concentración de ácido sulfúrico de 25 %. Con posterioridad se reemplazó el oxígeno por el aire, lo cual dio una productividad de sulfato de cobre por encima de un 28%, ocurriendo la cristalización cuando la temperatura de la solución se eleva a 30 °C con un exceso de aire y por debajo de las condiciones óptimas.
En el proceso desarrollado por Okers, a partir del cobre, se obtiene el vitriolo azul, el cual debe volverse a cristalizar para su purificación. En ácido sulfúrico al 50% se disuelve con las aguas madres del vitriolo hasta llegar a una densidad de 1 ,2 g/ml y esta solución después de clarificada es cristalizada.
La escoria de calcopirita es pulverizada con agua y una solución débil de sulfato de cobre, el hierro es tratado para precipitar el cobre, el cual es calentado a 400 - 500 °C y disuelto en un estanque de ácido sulfúrico, posteriormente la solución es concentrada para obtener cristales de sulfato de cobre.
La firma Rusa Kyshtymm Electrolytic Copper Works produce el sulfato de cobre a partir de una escoria básica de cobre, la cual se pulveriza y con un posterior tratamiento se obtiene una solución ácida de sulfato de cobre. Este producto es además purificado mediante recristalización.
La obtención de sulfato de cobre a partir de la calcopirita, se basa en la desulfonación y posterior tratamiento con ácido sulfúrico de concentración 1 ,07-1 ,09 g/ml, donde el aire es burbujeado a través de la mezcla a una temperatura de 80-90 °C y la solución es concentrada a 1 ,30-1 ,31 g/ml al vacío a una temperatura de 25-28 °C, la cantidad de ácido sulfúrico y cobre se calculan estequiometricamente teniendo en cuenta el cobre presente en el mineral. El sulfato de cobre se puede producir a partir de un material de cobre que se obtiene en la fundición de metales, para lo cual el material es molido y lixiviado con una solución de ácido sulfúrico de 5-10% a una temperatura de 60-70 °C. La solución se filtra, se decanta y se evapora obteniendo cristales con un 50% de sulfato de cobre.
Los métodos más comunes de purificación comprenden: destilación, cristalización, extracción, cromatografía. En algunos casos las impurezas volátiles y otras, pueden ser eliminadas simplemente por calentamiento.
El método de purificación más empleado en el caso de compuestos inorgánicos es la cristalización y recristalización, mediante la cual se eliminan la mayor cantidad de impurezas presentes.
Los procedimientos más utilizados para la purificación de un producto sólido por recristalización de una solución incluyen los siguientes pasos:
1. El material se disuelve en un solvente adecuado, mediante agitación vigorosa y se caliente a una temperatura cercana hasta el punto de ebullición, para formar una solución cercana a la saturación.
2. La solución caliente se filtra para eliminar las partículas insolubles. Para prevenir la cristalización durante la filtración, puede emplearse un embudo filtrante enchaquetado y la solución puede ser diluida con más solvente.
3. La solución se enfría hasta que las sustancias disueltas cristalicen.
4. Los cristales son separados del licor madre, ya sea por centrifugación o por filtrado al vacío, a través de un vidrio sinterizado o Buchner.
Usualmente la centrifugación es la más usada debido a la mayor eficiencia en la separación de los cristales del licor madre y el ahorro de tiempo, particularmente cuando los cristales son muy pequeños y finos.
Los cristales son lavados con una pequeña cantidad de solvente fresco y se separan del licor madre, posteriormente se secan(Síntesis y purificación de sulfato de cobre calidad farmacéutica, Perdomo Lorenzo, Revista Cubana de Química, vol. XVII, núm. 2, 2005, pp. 122-128). Como se puede apreciar en esta publicación del 2005 la lixiviación es una parte del proceso común a la mayoría de los procesos industriales empleados y las variaciones dependen mucho del material de partida (composición del mineral) y las impurezas que se deben eliminar, para lograr un producto comercialmente aceptable. La producción de sulfato de cobre es una tecnología muy difundida a partir de minerales oxidados y de soluciones ácidas de agua de mina; para que el sulfato de cobre alcance las características de la norma técnica respectiva, usualmentese hace mediante purificación y concentración de las soluciones de lixiviación mediante: extracción y reextracción con solventes orgánicos; como es de conocimiento general, esta tecnología es costosa.
Producir sulfato de cobre directamente de la solución que viene de la lixiviación del mineraloxidado da un sulfato de cobre que escasamente alcanza la ley mínima requerida en cobre, pero los contaminantes Fe+++ y Cl- son altos, lo que se agravará conforme se recirculen las soluciones, deteriorando progresivamente la calidad del producto. (Producción de sulfato de cobre pentahidratado a partir de cemento de cobre, Ángel Azañero Ortiz, Revista del Instituto de Investigación FIGMMG, Vol. 8, N.° 15, 9- 13 (2005)). Como se puede apreciar en esta publicación la lixiviación es el método de elección para obtener Sulfato de cobre, pero el proceso varía según la ley del mineral y los contaminantes que son parte del material de partida. La purificación para tener un producto comercial aceptable es una limitante por los costos asociados.
En esta publicación se menciona una Planta de Chancado, Aglomeración, Lixiviación y Extracción por solventes y Cristalización que tendrá una capacidad de producción de unas 15.000 TMS de sulfato de cobre pentahidratado cristalizado.
La planta de chancado que tiene como objetivo reducir el mineral a una granulometría de 100% - ½" a razón de 1.250 ton/día.
La Planta de Lixiviación de Minerales consiste en la construcción a una Pila Dinámica de 12.000 m2de área aproximadamente. Esta lixiviación se realizará en dos ciclos de lixiviación mediante soluciones de Refino y de PLS.
La Planta de extracción por solventes posee dos etapas de extracción en contracorriente, una etapa de lavado y dos etapas de re-extracción.
El orgánico cargado va a una etapa de coalescencia en donde se realiza el trabajo fuerte de retención de acuoso y sólidos y posteriormente es enviado a una etapa de lavado de las mismas características de las etapas de extracción con la diferencia que posee solo el mezclador principal, el agua de lavado es recirculada en un 90 % y se acidifica con ingresos de purga de electrolito pobre. (Planta de sulfato de cobre pentahidratado, Región de Antofagasta, Declaración de Impacto Ambiental, Enero de 2011). En general las plantas productivas emplean métodos de extracción en la obtención de Sulfato de cobre, lo que complejiza la operación y encarece los costos. El Sulfato de Cobre cristalino que se comercializa en la generalidad de los casos, se produce a partir de soluciones acuosas de sulfato de cobre, principalmente en cristalizadores por enfriamiento, o en bateas. Típicamente las soluciones se preparan comercialmente haciendo circular una solución de ácido sulfúrico por una torre que contiene gránulos metálicos de cobre secundario (recortes de alambrea chatarra y otros despuntes industriales) de hasta 5,08 [cm] de diámetro, mientras que en forma simultánea circula aire en contracorriente para oxidar gradualmente el cobre metálico a ion cúprico. ( Memoria para optar al titulo de ingeniero civil de minas, Proyecto Anico, Universidad de Chile, Francisca Ignacia Tabilo, junio 2012). Como se puede apreciar de la Tesis Publicada el 2012 la mayor parte del Sulfato de Cobre producido industrialmente proviene de la oxidación del cobre metálico, de un determinado tamaño, a ion Cúprico por tratamiento con Ácido Sulfúrico y suministro de aire al sistema de reacción.
En las etapas del Proceso de Lixiviación el material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila(torta de materiales). En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso desulfatación del cobre contenido.
En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor de grandes dimensiones, depositándolo ordenadamente, formando un terraplén continuo: pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego (goteo aspersores) que van cubriendo toda el área expuesta. A través del sistema de riego se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico. Esta solución se infiltra desde la superficie hasta la base de la pila, actuando rápidamente.
El riego de las pilas se mantiene por 45 a 65 días, recuperando, en algunos casos, el 80% del cobre contenido en el mineral. El material restante (ripio) es transportado mediante correas a botaderos donde se “podría” reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre (Lixiviación Secundaria).
Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable, sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permite recoger las soluciones que se infiltran a través del material. En la extracción por solventes el objetivo general es capturar selectivamente los iones Cu++ desde una solución de baja concentración impura y liberarlos en una solución de alta acidez, obteniéndose una solución de mayor concentración de cobre con menores impurezas (electrolito).
El proceso es altamente selectivo. La solución acuosa es puésta en contacto con un solvente orgánico capaz de extraer desde ella el cobre que contiene.
En un paso siguiente el cobre es reextraído desde el orgánico, obteniéndose una solución de sulfato de cobre de alta pureza.
Etapas del Proceso de Extracción por Solventes:
Para extrae el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre(Cu++) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina- cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de lixiviación concentración del cobre en esta solución hasta llegar a valores entre 45 y 50 gpl. Esta es la solución (electrolito) que se lleva a la planta de electro- obtención. (Conceptos Generales de Hidrometalurgia de Minerales de Cobre, Evaluación de Procesos Mineralógicos, Departamento de Ingeniería en Minas, Hernán Vives Navarro, Noviembre 2013).
En general las plantas productivas emplean la lixiviación en pilas para recuperar cobre en minerales de baja ley, proceso que requiere un tiempo largo de tratamiento del mineral con soluciones de ácido sulfúrico, el método de extracción descrito para la obtención de Sulfato de cobre considera una resina, lo que dificulta la operación de obtención.
La patente publicada en el 2014 se refiere a la producción de sulfato de cobre y / o cobalto a partir de concentrados de sulfuro de cobre y / o cobalto con bajo contenido de azufre.
El cobre y el cobalto tienen en común que en los casos naturales no se presentan en forma pura, sino junto con una multitud de otros metales. Los metales acompañantes en los minerales que contienen cobre y / o cobalto son principalmente el hierro y el níquel. Los metales cobre y cobalto, además, están presentes en los minerales como sulfuras u óxidos. Para recuperar los metales de los compuestos sulfídicos y además separar los otros metales acompañantes mediante un proceso de tostado. Para este propósito, una corriente de alimentación que contiene cobre y cobalto en forma sulfídica se introduce en un proceso de tostado.
En tiempos de creciente escasez de materias primas, se debe extraer el cobalto y el cobre, que tienen un contenido de azufre más bajo, ya que normalmente se utiliza para el proceso de tostado con sulfatación. Como resultado, ya no se dispone de suficiente azufre (S) o dióxido de azufre (S02) para mantener el proceso con su control de proceso convencional. Hoy en día, los concentrados típicos de cobre y cobalto tienen un contenido de azufre entre 8 y 20% en peso.
Debido al bajo contenido de S02, se debe reconsiderar el tratamiento posterior de la corriente de gas residual obtenida durante el tostado. Mientras que en el pasado el S02 se ha utilizado para producir ácido sulfúrico (H2S04), esto ya no es económicamente conveniente o incluso técnicamente factible para ciertas fracciones, ya que el contenido de S02 es inferior al 4,5% en volumen. El dióxido de azufre se debe eliminar de la corriente de gas residual de otra manera.
De acuerdo con la invención descrita, este objeto se resuelve mediante un proceso con las características reivindicadas. Para este propósito, una corriente de alimentación que contiene sulfuro de cobre y / o cobalto se suministra a una etapa de tostado en la que la corriente de alimentación se expone a temperaturas entre 600 y 730 ° C en una atmósfera oxidante y se convierte en sulfato de cobre y / o cobalto. Durante el tostado, también se obtiene una corriente total de gas residual que contiene S02. Según la invención, la energía térmica y / o un gas que contiene azufre se suministran a la etapa de tostado como portador de energía a través de la corriente de alimentación y / o el gas de fluidización, por ejemplo para un lecho fluidizado o similar proporcionado en la etapa de tostado. ( WO2014127808, 28-08-2014, Process and plant fo rproducing copper and/orcobalt sulfate , Outotec Finland OY , Jochen Güntnerj.Como se puede apreciar, de la patente citada anteriormente un mineral rico en derivados sulfurados de cobre se debe someter a elevadas temperaturas ( 600 y 730 0 C ) en un proceso de tostación con atmósfera oxidante para transformar los derivados sulfídicos en sulfatos, etapa necesaria previa, de un alto consumo de energía, para posteriormente continuar con la lixiviación. El proceso de producción del sulfato de cobre pentahidratado a partir de chatarra de cobre consta básicamente de siete etapas: recepción y preparación de la chatarra de cobre, reacción, cristalización, escurrimiento, secado, cernido y molienda, pesado y ensacado. La reacción se efectúa a 90°C en un reactor por lotes donde ocurre la oxidación del cobre en presencia de aire y ácido sulfúrico (H2S04) en medio acuoso, y tiene una duración de unas 18 horas, por lo que el tiempo de elaboración del producto final es alto.
Antes del proceso principal para la obtención del sulfato de cobre pentahidratado, la chatarra de cobre tiene que ser sometida a preparación, esta preparación consiste en la limpieza y la separación de la chatarra.
El proceso de limpieza de la chatarra de cobre será hecho mediante la limpieza manual y mecánica. El reactor donde se llevará a cabo la reacción tiene que contar con características especiales para poder soportar la reacción de un compuesto ácido, la reacción ocurrirá a una temperatura de 90°C, en el interior del reactor se produce la oxidación del cobre en solución ácida aireada. Las etapas del proceso son: (1) migración de iones hidrógeno a la superficie del cobre; (2) flujo de electrones sobre la superficie metálica de cobre a los iones hidrógeno; (3) formación de hidrógeno atómico; (4) formación de moléculas de hidrógeno; (5) liberación de hidrógeno molecular desde la superficie del cobre.
La mezcla que resulta en el reactor es sulfato de cobre y agua la cual se evapora hasta una densidad de 1200 [Kg/m3], posteriormente se enfría para obtener los cristales de sulfato de cobre.(Su!fato de Cobre Pentahidratado a Partir de Chatarra de Cobre, en La Ciudad de Oruro, SCRIBD, Marcelo Callapa, Nov 21 , .2017). La planta productiva descrita en esta publicación emplea la oxidación del cobre a su forma iónica para aprovechar cobre metálico de desecho, proceso que requiere un tratamiento del cobre con soluciones de ácido sulfúrico y oxígeno, el método de obtención descrito para la obtención de Sulfato de cobre considera una evaporación para concentrar la solución de Sulfato de Cobre, lo que complejiza la operación respecto al material y el diseño de los estanques. El medio ácido y las elevadas temperaturas para evaporar disminuyen la vida útil de los equipos empleados. DESCRIPCION DE LA INVENCION
Ante la necesidad de dimensionar una Planta de Obtención de Sulfato de Cobre Pentahidratado (CuS04*5H20) para producir 600 t/m a partir de minerales oxidados de cobre con contenido promedio de 20%Cu, con especies mineralógicas predominantes en óxidos de Cobre, cuyas leyes de cabeza fluctúan entre 2 y 3%Cu, y cuya calidad es reflejada en el análisis de Multielernentos mostrado en Tabla N°1 , realizado a muestras de cabeza de dicho mineral de concentración menor en cobre al considerado para el diseño de la planta. Las muestras señaladas han sido usadas para efectuar“Pruebas de lixiviación por agitación y cementación de cobre con chatarra de fierro” en laboratorios durante mayo 2013. Del análisis citado se destaca que el contenido de impurezas al nivel de cabezas que pueden afectar la calidad del producto a obtener en Grado Técnico es bastante bajo, teniendo presente además que el mineral a alimentar a la presente Planta es sometido a una concentración mayor. Por otra parte, la existencia de Azufre a nivel de 1 ,59%, pese a que indica la presencia probable de especies sulfuradas asociadas a elementos como Plomo(Pb) (PbS), Zinc(Zn) (ZnS), Hierro(Fe) (FeS2), e incluso de Cobre(Cu) entre otros, sin embargo a concentración reducida de ellas. En la Tabla N°2 se aprecia el análisis químico realizado a las mismas muestras de cabeza, estos resultados refuerzan lo ya observado, como es que el Cobre en su mayoría se encuentra en estado oxidado (sobre el 90% es Cu”S” (cobre soluble)) para las cabezas de Media y Alta ley. Quizás, la situación más preocupante es el contenido de Calcio, si su concentración es de 2,81% en el mineral de cabeza, donde podría estar constituyendo carbonato de Calcio (CaC03), especie fuertemente consumidora de ácido, pero controlable con regulación del pH.
Sin embargo la presencia de todos estos elementos que pudieran afectar la calidad del producto, en un mineral concentrado a 20%Cu generado por procesos de separación gravitacional u otro semejante, es esperable que su presencia sea reducida y por ende su impacto en la calidad del producto. El mineral en cuestión, dada sus características de solubilidad mostrada en la Tabla N°2, sus especies predominantes en cobre pudieran ser Tenorita (CuO) y/o Cuprita (Cu20), especies minerales de alta densidad, 6,1 y 6,45 gr/cm3 hecho que facilita su concentración frente a las otras especies presentes en la cabeza, pudiendo asegurar que mediante el presente proceso de Obtención de Sulfato de Cobre Pentahidratado se obtiene al menos en calidad Grado Técnico de 98,2% de pureza con 25%Cu mínimo. El proceso diseñado para la planta consiste básicamente en dos fases de obtención, las cuales se muestran esquemáticamente en la figura N° 1 y son las siguientes:
1. Primera Fase de Formación de la Solución Madre, mediante Lixiviación por Agitación del 45% del mineral a procesar, conformada por dos líneas de operación idénticas con tres estanques operando instalados en serie de 12,75m3 cada una.
2. Segunda Fase de Saturación de la Solución y Cristalización del Sulfato de Cobre en la cual se procesa durante el proceso de saturación el 55% del mineral restante, conformada también por dos líneas de operación idénticas, constituidas por un reactor de 18,5 m3, un estanque mezclador de 11 ,5 m3, baterías de Hídrocíclones, dos estanque cristalizadores de 12,5 m3, un Filtro Centrífugo y un sistema común de envasado y de refrigeración de agua para enfriamiento.
El proceso de recirculación y logro de la solución saturada puede tomar 3 a 4horas para alcanzar el contenido de Cobre cercano a 100 gCu/l, entre 96,3 y 117,7 gCu/l, y por ende la condición requerida para la generación máxima de los cristales posible de sulfato de cobre pentahidratado, a una temperatura promedio entre 80 y los 100 °C
Para la generación del Sulfato de Cobre Pentahidratado cristalizado en su forma comercial se procede posteriormente a enfriar la solución saturada en estanque cristalizadores, con circulación de agua para su enfriamiento a través del manto encamisado y por serpentines en su interior, hasta lograr una temperatura final entre los 8 y 12°C
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Ante la necesidad de dimensionar una Planta de Obtención de Sulfato de Cobre Pentahidratado (CuS04*5H20) para producir 600 t/m a partir de minerales oxidados de cobre con contenido promedio de 20%Cu, con especies mineralógicas predominantes en óxidos de Cobre, cuyas leyes de cabeza fluctúan entre 2 y 3% Cu, y cuya calidad es reflejada en el análisis de Multielementos mostrado en Tabla N°1 , realizado a muestras de cabeza de dicho mineral de concentración menor en cobre al considerado para el diseño de la planta. Las muestras señaladas han sido usadas para efectuar “Pruebas de lixiviación por agitación y cementación de cobre con chatarra de fierro” en laboratorios durante mayo 2013. Del análisis citado se destaca que el contenido de impurezas al nivel de cabezas que pudieran afectar la calidad del producto a obtener en Grado Técnico es bastante bajo, teniendo presente además que el mineral a alimentar la presente Planta es sometido a una concentración mayor. Por otra parte, la existencia de Azufre a nivel de 1 ,59%, pese a que indica la presencia probable de especies sulfuradas asociadas a elementos como Plomo(Pb) (PbS), Zinc(Zn) (ZnS), Hierro(Fe) (FeS2), e incluso de Cobre(Cu) entre otros, sin embargo a concentración reducida de ellas.
Ante la necesidad de efectuar una concentración ya sea gravitacional o de otro tipo, para aumentar el contenido de cobre a alimentar al proceso y reducir el impacto de las impurezas mencionadas, el mineral a alimentar es sometido a un proceso de molienda con condiciones que permitan disponer de un mineral molido en el cual el D8o, tamaño de partículas bajo el cual se encuentra el 80% en peso del material, sea igual o menor de 1mm.
En la Tabla N°2 se aprecia el análisis químico realizado a las mismas muestras de cabeza, estos resultados refuerzan lo ya observado, como es que el Cobre en su mayoría se encuentra en estado oxidado (sobre el 90% es Cu”S” (cobre soluble)) para las cabezas de Media y Alta ley. Quizás, la situación más preocupante es el contenido de Calcio, si su concentración es de 2,81% en el mineral de cabeza, donde podría estar constituyendo carbonato de Calcio (CaC03), especie fuertemente consumidora de ácido, pero controlable con regulación del pH.
Sin embargo la presencia de todos estos elementos que puede afectar la calidad del producto, en un mineral concentrado a 20%Cu generado por procesos de separación gravitacional u otro semejante, es esperable que su presencia sea reducida y por ende su impacto en la calidad del producto. El mineral en cuestión, dada sus características de solubilidad mostrada en la Tabla N°2, sus especies predominantes en cobre pudieran ser Tenorita (CuO) y/o Cuprita (Cu20), especies minerales de alta densidad, 6,1 y 6,45 gr/cm3 hecho que facilita su concentración frente a las otras especies presentes en la cabeza, pudiendo asegurar que mediante el presente proceso de Obtención de Sulfato de Cobre Pentahidratado se obtiene al menos en calidad Grado Técnico de 98,2% de pureza. con 25%Cu mínimo.
TABLA N° 1. ANALISIS MULTIELEMENTOS
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TABLA N° 2. CARACTERIZACION QUIMICA DE LA CABEZA MINERAL
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El proceso diseñado consiste básicamente en dos fases y son las siguientes: Primera fase de Lixiviación por Agitación y Formación de Solución Madre
Teniendo presente que las condiciones de molienda consideradas nos llevan a disponer de un mineral molido en el cual el D8o, tamaño de partículas bajo el cual se encuentra el 80% en peso del material, o de partículas finas, sea igual o menor de 1mm.
La etapa de Formación de la Solución Madre mediante Lixiviación por agitación del 45% del mineral a procesar, conformada por varias líneas de operación idénticas con numerosos estanques operando instalados en serie de cada una. En esta fase con agitación y concentración se logra la generación de la solución madre de 73,4 gCu/l , entre 60 y 80 gCu/l y 90,7 gH2S04/l, entre 80 y 100 gH2S04/l, con densidad promedio de 1.175,3kg/m3.
Segunda fase de Saturación de la Solución y Cristalización del Sulfato de Cobre.
En esta fase, en la cual se procesa durante el proceso de saturación el 55% del mineral restante a tratar, conformada también por líneas de operación idénticas, constituidas por reactores, estanque mezclador, baterías de Hidrociclones, estanques cristalizadores, Filtro Centrífugo y un sistema común de envasado.
Al final de este proceso se obtiene una solución saturada en cobre (107 gCu/l , entre 96,3 y 117,7gCu/ly 200 gH2S04/l, entre 180 y 220 gH2S04/l). Dicho proceso de disolución de cobre y de saturación de la solución ingresada se lleva a cabo a una temperatura de entre 80 y 90°C.
La limpieza de la solución saturada en Hidrociclones (HCI-n) es fundamental para asegurar la calidad del producto de interés (Sulfato de Cobre Pentahidratado, CuS04*5H20) ante la posibilidad de la existencia de partículas finas generadas en el proceso de molienda, las que se retiran por estos equipos. La solución saturada en Sulfato de Cobre Pentahidratado que ingresa a una temperatura promedio entre 80 y 90°C a los Estanques Cristalizadores, la que permanece en agitación durante todo el proceso de Cristalización, donde es sometida a enfriamiento, mediante la circulación de agua refrigerada (alrededor de entre 8 y 12°C) por serpentines instalados en su interior y al mismo tiempo por la refrigeración de su manto encamisado. Este enfriamiento da origen a la formación de los cristales de Sulfato de Cobre Pentahidratado de alta pureza. El Sulfato de Cobre cristalizado y una vez decantado, es retirado controladamente por el fondo de los Cristalizadores y alimentado a un proceso de Centrifugación y Filtración
Con este proceso relativamente sencillo se logran obtener cristales de Sulfato de cobre de gran pureza, sobre un 98,2% con 25%Cu mínimo, con alto valor comercial y a un costo competitivo en los mercados Internacionales.
El diseño de la planta es para la producción de 600 t/m de Sulfato de Cobre, a partir de mineral de cobre oxidado con un contenido promedio de 20%Cu, que conforme al análisis químico mostrado en Tabla N°2, el 92,75% de . éste es Cu soluble, es decir 18,55% del mineral, al no considerar la muestra mineral de Baja Ley. El producto comercial generado se caracteriza por.CuSO^ 5H20 (Cristales vitrolio azul tipo nieve 100% bajo 3 m ó 20mallasTyler), con una pureza equivalente a 98,2% y 25%Cu contenido.
Eficiencia de Planta h = 98%. Luego el mineral a alimentar es (600 * 0,25)/(0,98 * 0,1855) = 825,1 t/m = 27,5tpd.
El diseño de la planta es modular compuesto por dos líneas de operación por fase de proceso, que procesan 412,55t/m de mineral, es decir, 13,75 tpd/línea
Con un inventario de recepción de mineral de respaldo para mínimo 10 días, cuyas características son:
Mineral de Cobre Oxidado de 20%. Mineral molido 97% bajo 2mm .Densidad Aparente del mineral, p = 1 ,7 t/m3
Dada la capacidad para 10 días de inventario de recepción, el volumen de mineral a almacenar es:
27,5 tpd 10 d
161,7 3
9 Considerando que la figura formada por el almacenamiento es un paralelepípedo de área vertical trapezoidal de altura máxima, h=2,5 m, de lado superior 2,5m y ángulos básales a=35° determinamos que el área basal del paralelepípedo b, tendría un ancho de 10,15m y 10, 2m largo, para configurar los 95,3 2que significa,
(0/4 + b) - h
= 161,7 3
2 b = 103,5 m2
Considerando un perímetro para tránsito de cargadores de 6 m por alrededor del depósito, se tiene finalmente que el Área de Carguío y Almacenamiento corresponde a: ACA = 500 m2
Fases de Procesos consideradas:
Primera fase: Lixiviación por Agitación y Formación de Solución Madre (45gplCu y 70gplH2SC>4) (inicial)
El 45% del mineral alimentado diariamente al proceso, de un total de 27,5tpd de 20%Cu, que equivalen a 12,375tpd se someten a un proceso de Lixiviación por Agitación y Concentración para la formación de la solución madre con la cual debe iniciarse la siguiente Fase y final del proceso de cristalización, como es la Saturación de la solución y Cristalización del producto. El proceso indicado se desarrollará en dos líneas de operación de igual capacidad, una de las cuales se esquematiza en la Fig. 1 , la que debe ser capaz de generar diariamente la solución requerida en cantidad y calidad en la Segunda Fase para la línea de operación correspondiente [23, 9m3 con 45,42 gr/l de Cu y 4,52 gr/l de H2S04 (ácido sulfúrico)], es así que cada línea de operación estará constituida por tres estanques con sistema de agitación (TK) de 12,75m3 útiles c/u que operan en serie secuencial de manera tal que por Lixiviación Agitada, el 45% del mineral diario alimentado al proceso (12.375 kg/d en total es decir 1031 ,25kg/ciclo(c) por estanque), con ácido sulfúrico (314,18kg Acido (100%)/ciclo, diluido en agua, genera la solución madre ya mencionada, necesaria para la siguiente fase. Así el primer estanque,
Figure imgf000017_0001
TKX (E1 de 12,75 m3útiles)
Entrada: A cada línea de operación , dos en total, se alimentarán 1031 ,25 Kg/ciclo de mineral, con un equivalente a 191 ,30Kg/ciclo de Cu soluble junto con adicionar a la solución 174,23 l/ciclode //2S04(98%) (314, 18kg/ciclo de Acido(100%)), completando con agua (12,1423m3) el volumen útil del estanque, 12,75m3, para así iniciar el proceso de formación de la solución madre requerida al término de la Primera Fase, obteniendo así después de un ciclo de Agitación de 6 a 8 horas, 11 , 9421 m3 de lasolución de lixiviación cargada (PLS) extraíble de este TK, el que una vez obtenido en la calidad indicada a continuación, se extrae libre del material sólido remanente (ripio) para lo cual una vez detenido el proceso de agitación se deja decantar hacia el fondo cónico del estanque. Se estima que en cada uno de los estanques que conforman esta fase, el material remanente, ripio junto a la solución que no es posible extraer, constituyen en el fondo una pulpa de aproximadamente 69% de sólidos, dado que al disponer en el estanque un ducto de extracción de solución limpia de ripio a 2cm sobre el inicio del fondo cónico, el volumen remanente por estanque es de 0,8079m3, constituyendo dicho volumen la salida sólida del proceso.
La salida líquida diaria requerida será, después de dos ciclos de proceso/día: 23,8842m3/d de PLS con 15,57 gr/l de Cu y 1 ,56 gr/l de H2S04, con densidad promedio de 1.028,9kg/m3 , con pH de 1 ,8.
La salida sólida: Ripio agotado (humidificado en solución rica en forma de pulpa de aproximadamente 69% de sólidos) resulta en 788,91 Kg/ciclo/estanque de sólido, y en total 1.141 ,9kg/ciclo de pulpa (0,8075m3/ciclo de pulpa) cantidad que unida a los otros ripios agotados retirados de los otros TK’s de esta etapa (en total 12 por día) como también de los reactores de la segunda fase del proceso en las líneas de operación componentes de esa fase, son sometidos a una Separación Sólido Líquido (en un Espesador y Filtros Prensa), a fin de recuperar el agua utilizada en su lavado como la presente en la solución remanente como también el cobre soluble contenido en la solución humidificante del ripio, mezcla líquida que se utiliza como composición de agua para el presente proceso.
TK2 (E2 de 12,75m3)
Entrada: Alimentando a la solución saliente del estanque anterior (11 ,9421m3/ciclo de PLS con 15,57 gr/l de Cu y 1 ,56 gr/l de H2SO 4) 1031 ,25Kg/ciclo de mineral con un equivalente a 191 ,30Kg/ciclo de Cu soluble, junto con adicionar también 174,231/ciclode H2S04(98%), Y 0,0271m3 de agua para ajustar al volumen útil del estanque, y generar después de un ciclo de Agitación de 6 a 8 horas, 11 ,9421m3/d del PLS requerido para la formación de la solución madre inicial del siguiente proceso.
Salida líquida diaria: 23,8842m3/d de PLS con 30,71 gr/l de Cu y 3,074 gr/l deH2504, con densidad promedio de 1.057,1 kg/m3. Salida sólida: Ripio agotado (humidificado en solución rica, como pulpa de 69% sólidos) aproximadamente de 2.285,4 Kg/d/estanque, equivalente a 1 ,616m3 de material que se alimenta el sistema de Separación Sólido Líquido (Espesador + Filtro Prensa) ya descrito, para la recuperación de soluciones ricas en cobre y las aguas utilizada en lavado de ripios y telas filtrantes de filtros, que servirán de composición para esta etapa de proceso.
TK3 (E3 de (12,75 m3)
Entrada: Alimentando la solución saliente del estanque anterior (11 ,9421m3/ciclo de PLS con 30,71 gr/l de Cu y 3,074 gr/l de U2S04) así como 1031 ,25Kg/ciclo de mineral con un equivalente a 191 ,30Kg/ciclo de Cu soluble, junto con adicionar también 174,23 l/ciclode //2504(98%), y agregar 0,0271 m3 de agua para ajustar al volumen útil del estanque, y por tanto generar después de un ciclo de agitación de 6 a 8 horas, 11 ,9421 m3 del PLS requerido.
Salida líquida: 23,8842m3/d de PLS con 45,42gr/l de Cu y 4,51 gr/l de H2S04, con densidad promedio de 1.084,4kg/m3.
Salida sólida: ripio agotado (humidificado en solución rica, como pulpa de 69% sólidos) aproximadamente 2.285,4 Kg/d/estanque, equivalente a 1 ,616m3 de material que se alimentará el sistema de Separación Sólido Líquido (Espesador + Filtro Prensa) ya descrito, para la recuperación de soluciones ricas en cobre y las aguas utilizada en lavado de ripios y telas filtrantes de filtros, que servirán de composición para esta fase del proceso.
Por cada línea de operación de agitación se generan 11 ,9421m3/ciclo de solución madre con 45,42gr/l de Cu y 4,51 gr/l de H2S04, con densidad promedio de 1.084,4kg/m3 requiriéndose para iniciar la siguiente fase de Saturación y Cristalización el volumen de solución equivalente a dos ciclos de agitación.
Dimensionamiento de cada TK, para un Volumen útil de 90% en altura de estanque, se requiere:
VTK= 12,75m3útil (equivalente a 14,289m3 total), Si diámetro 0 = 2,4 m,h = 3 m
De este modo, el área a ocupar por estanque de agitación y su bomba de recirculación y vaciado, más sistema de alimentación de mineral será un cuadrado de 4m de lado con pasillos internos entre áreas de estanques de 5m y pasillos periféricos al área total de 6 m de ancho para circulación de vehículos y grúas de mantención, de esta manera, el requerimiento para los seis estanques de 12,75 m3 útil de este proceso (tres estanques por cada línea de operación), será un área rectangular de lado 34m * 25m y así el Area Total de proceso de Agitación/Concentración, AAC = 850 m2
Segunda Fase: Saturación y Cristalización del Producto.
Saturación inicial
Para esta última fase del proceso de Generación de Sulfato de Cobre Pentahidratado a partir de Minerales Oxidados de Cobre se lleva a cabo en un esquema operativo de disolución de cobre donde el material portante de cobre es el 55% restante de mineral requerido alimentar diariamente al proceso, es decir, 15,125tpd en dos líneas de operación , vale decir, 7,5625tpd por cada línea, que se disuelve con un volumen de solución madre equivalente a dos ciclos de agitación inicial, es decir, 23,8842m3 con 45,42gr/l de Cu y 4,52 gr/l de H2S0A. Dada la granulometría del mineral este se dosifica en su totalidad al estanque mezclador de 11 ,50m3 de volumen útil, que dispone de un sistema de agitación, para formar con parte de la solución madre una pulpa inicial de densidad 1.400kg/m3 cuyo fin es fluidizar adecuadamente el mineral previo a iniciar la disolución del cobre contenido en él, utilizándose para ello 4,313m3 de la solución madre generada en la fase anterior del proceso. El proceso de pulpación puede tomar del orden de 1 ,0 a 1 ,5 horas. Una vez formada la pulpa mencionada, se inicia la adición del resto de solución requerida para la saturación 19,571 m3, compartiéndola entre el estanque y el reactor , así como también la dosificación controlada del ácido requerido para la disolución y para generar la solución saturada de 200gpl de ácido en ella, teniendo presente que el mineral alimentado consumirá 2163,63 kg/ciclo de Acido (100%) para disolver el Cu soluble en la solución, de ello resulta una dosificación de4,217m3 de /2504(98%), es decir (7.884,0kg/d/ciclo) dada que la dilución del ácido concentrado en una solución diluida genera una reacción exotérmica. Junto a lo anterior, se inicia el calentamiento del material en proceso mediante un serpentín con vapor circulante instalado en el interior del estanque a fin de mantener la temperatura entre los 80 y 90°C, como también al iniciar la recirculación de la mezcla de pulpa y solución, dosificada con el ácido requerido hacia el reactor cerrado, se da inicio al calentamiento del proceso en dicho reactor mediante un serpentín de vapor interno que permite mantener la temperatura entre los 80 y 90°C. El proceso de recirculación y logro de la solución saturada puede tomar 3 a 4horas para alcanzar el contenido de Cobre cercano a 100 gCu/l, y por ende la condición requerida para la generación máxima de cristales posible de sulfato de cobre pentahidratado. En términos prácticos y en operación Lote de Producción, ciclada, significa alcanzar una concentración final de ácido Sulfúrico de 200 g/l, entre 180 y 220 g/l, solución saturada que es enfriada durante la cristalización hasta entre 8 y 12°C sólo dejará en solución 35gpl de cobre, para ello se debe dosificar la solución entrante la cantidad de ácido ya indicada anteriormente. A igual que en la Fase anterior se continúa con la modulación de dividir el procesamiento diario en dos líneas de operación, una de las cuales se esquematiza en la Fig.1, donde se muestran los equipos que conforman la Fase Final del Proceso (Saturación y Cristalización) en cada línea operativa. La calefacción de las soluciones para alcanzar y mantener los 80 y 90°C requeridos para el proceso de disolución y saturación en cobre se lleva cabo por recirculación de vapor saturado entregado por una caldera a través de una red que alimenta serpentines sumergidos tanto en el Estanque Mezclador como en el Reactor en su zona inferior.
Reactor (R-1) volumen 18,5 m3
Entrada: Reciclar y mantener la temperatura de proceso entre 80 y 90°C, en su zona inferior y a fin mantener una adecuada agitación para evitar la decantación del mineral inicial y ripio resultante se inyecta aire forzado desde un soplador, en beneficio de la cinética de disolución al mantener el mineral en suspensión dentro del reactor. Como se mencionó en su parte inferior se instala un serpentín por el cual circula vapor saturado para mantener la temperatura de la solución entre 80 y 90 °C. La solución reciclada proveniente de E1 se alimenta por una cañería tangencial con 20° de inclinación hacia la parte superior de él, y a 0,8m sobre el término de su forma cilindrica, cuya función es desarrollar al interior de R-1 un flujo rotacional, que ayude a evitar la decantación de los materiales sólidos circulantes.
Salida líquida: Rebasamiento de la solución a saturar en cobre hacia E1 , mientras se mantiene la recirculación. Una vez alcanzados los parámetros de saturación indicados (aproximadamente 100gCu/l, entre 96,3 y 117,7gCu/l y 200gAc./l, entre 180y 220 gAc./l) la solución se deja en reposo para que el material sólido (ripio) decante en su totalidad y se deposite en el fondo cónico del reactor. La solución saturada libre de ripio es retirada del proceso y derivada a los cristalizadores para generar el producto final del proceso. La Salida sólida corresponde a ripio agotado (mezclado con solución rica) al final del proceso Lote de Producción, aproximadamente 3.576,4Kg/ciclo/línea operativa de ripio y de 1 ,288m3 de pulpa de 69% sólidos, cantidad que unido a los otros ripios retirados en forma de pulpa de la fase anterior y de las otras línea de operación que conforman el proceso, serán sometidos a una Separación Sólido Líquido (en Espesador y Filtro Prensa), a fin de recuperar el agua utilizada en sus lavados y el cobre soluble, contenido en las soluciones que se han extraído de los equipos junto con el ripio, solución enriquecida que se utilizará en reemplazo del agua fresca utilizada para iniciar el proceso de agitación.
Mezclador (E-1) volumen 11 ,5 m3,
Entrada; Se recibe continuamente en él el rebasamiento de solución en saturación que recicla desde el reactor R-1. Este equipo dispone en su interior de un agitador con el objeto de mantener el mineral molido en suspensión, como también homogenizar la solución en sus concentraciones de ácido y cobre y la temperatura de calefacción de ella. Una descarga inferior sobre el término de la zona cilindrica está conectada a una bomba de impulsión que recicla la solución homogenizada y caliente a una temperatura entre 80 y 90°C hacia R-1 , como también permitir el retiro de la solución final saturada y limpia de ripio (con aproximadamente 100gr/l de Cu y 200gAc./l ) y su envío a los cristalizadores. Como se ha mencionado este estanque cuenta con un serpentín interior donde circula vapor saturado para el calentamiento de la solución contenida entre 80 y 90°C. A igual que en el reactor, una vez alcanzados los parámetros de saturación indicados la solución se deja en reposo para que el material sólido (ripio) decante en su totalidad y se deposite en el fondo cónico del estanque.
La Salida sólida corresponde a ripio agotado (mezclado con solución rica) al final del proceso Lote de Producción, aproximadamente. 2.208,9Kg/ciclo/línea operativa de ripio y de 0,795m3 de pulpa de 69% sólidos.
Estanque Dosificador de Ácido, volumen 0,5 m3, equipo que debe permitir una dosificación lenta y controlada del ácido sulfúrico requerido en esta fase del proceso dada la magnitud de su volumen (4.217,01/btde H2S04(98%)), y teniendo presente que dicha adición a una solución diluida, rica en agua, genera una reacción exotérmica que desestabiliza la temperatura del proceso. Este equipo se instala sobre el estanque mezclador, en el cual se hace permanentemente la dosificación de ácido a la solución a saturar que requiere entregarse con 200gpl, entre 180 y 220gpl al proceso de Cristalización. Es conveniente que el sistema de dosificación sea manual a fin de que el operador tenga un buen control de la temperatura, en beneficio de proteger los equipos de proceso que no deben exceder los 100°C.
Cristalización
Para la generación del Sulfato de Cobre Pentahidratado cristalizado en su forma comercial por cada línea de operación, se requieren dos estanques de 12,5 m 3 útiles cada uno (CR-1 , CR-2) con enfriamiento de sus paredes laterales encamisadas y en su interior por un serpentín sumergido por todos los cuales circula agua refrigerada. El sistema de agitación interior genera un movimiento circulatorio de la solución saturada tanto vertical como horizontal, en función de generar un enfriamiento controlado de ella desde los 80 a 90°C hasta lograr la temperatura final entre 8 y 12°C, en beneficio de la formación adecuada de tamaño de los cristales. Cuando la solución saturada alcanza una temperatura cercana a los 45°C se puede visualizar el inicio de la generación de cristales y su crecimiento al disminuir paulatinamente la temperatura de ella.
Una vez completado el enfriamiento hasta la temperatura final y confirmada ella (entre 8 y 12°C), la solución queda en reposo para así generar la decantación de los cristales formados en el fondo del cristalizador y disponer de una solución pobre en cobre con 35gCu/l y 200gAc/l limpia de cristales que pueda ser retirada anticipadamente y almacenar para su recirculación en la Segunda Fase. La pulpa de cristales espesada en los cristalizadores se descarga a un estanque alimentador de 3 3 que vierte su contenido a los Filtros Centrífugos sobre la tela filtrante que disponen adosada al tambor giratorio para que de esta manera se produzca la separación final de la solución pobre remanente de los cristales de sulfato producidos, que quedan retenidos en ella (CF-1 y CF-2).
El Sulfato de Cobre Pentahidratado cristalizado será envasado en maxisacos de 1.250 Kg que disponen de bolsa plástica interior, que aísla al producto de las condiciones ambientales que pueden afectar su calidad, Este producto se caracteriza por su color azul vitreo, 25%Cu mínimo, humedad inferior a 3%, pH inferior a 4,5 y granulometría 100% bajo 20 # Tyler. Por cada lote de Producción realizado para generar 24,243m3 de solución saturada enviada a los cristalizadores se producirán por las bases del balance neto, 5,205t de sulfato de cobre comercial, de esta manera se requerirán 115,28 ciclos de Saturación y Cristalización al mes para producir las 600t/mes proyectadas, es decir, 1 ,92 ciclos de saturación y cristalización diarios por línea de operación, por lo cual cada ciclo debiera demorar como máximo 12,5 horas, distribuidas en 7 a 8 horas de saturación y 4 a 4,5 horas de cristalización y centrifugación.
Para la disposición de agua refrigerada a utilizar en el enfriamiento de la solución saturada a 8 y 12°C, se requiere de una Torre de Enfriamiento de agua y de un Equipo de refrigeración forzada Chiller conectados en serie, además de las bombas impulsoras del agua refrigerada hacia los cristalizadores.
Por cada ciclo de saturación y cristalización por línea de operación se dispondrá de una solución residual de 20,8566m3que se caracteriza por contener 35g/l de Cu y 199,66g/l de H2S04 la cual es reciclada, siendo previamente mezclada con la solución resultante del proceso de Separación Sólido Líquido de los ripios (espesamiento y filtración), como son la solución clara del espesador y los líquidos filtrados obtenidos de la filtración de los mismos, soluciones líquidas que una vez almacenados se usan como solución base en la Primera fase, de Agitación y Concentración. Las características de dicha solución permiten replantearse dicha fase en la forma que más adelante se describe .
Para determinar el área de esta etapa, se deben tener presente los Equipos Auxiliares que se describen a continuación, y entre otros tener en cuenta que se requiere procesar para recuperar las soluciones ricas en Cu que lo acompañan un total de 21.037,5kg de ripios agotados generados diariamente por la Primera y Segunda Fases descritas, para lo cual en total para el proceso se debe contemplar:
• UnEspesador de ripios de 1a y 2a fase de 5m 0): 50 m2
• Dos Filtros Prensa (7mL*1 ,2ma c/u): 50 m2
• Dos Calderas (de 200kg/hr; 6mL*2ma): 120 m2
• Saturación + Cristalización (por línea): 350 m2,
tomando como base un área proporcional a la ocupada por cada línea operacional de 300t/mes en Planta de Sulfato de Cobre, que incluye los siguientes equipos: Torre de Enfriamiento de Agua, Chiller para Enfriamiento Forzado, Estanques de Almacenamiento de Agua y de Solución a reciclar, Reactor, Mezclador, dos Cristalizadores, dos Centrífugas, Soplador de Aire, Compresor y seis bombas.
• Pasillos de accesos de 6m ancho por exterior de cada línea operativa y de las unidades independientes. Ello configura un área de 62 m por 28 m que determina un Área de Saturación/Cristalización incluyendo unidades independientes de 4C5=1750 m2.
Etapas Modificadas: Agitación y Concentración con solución reciclada y su influencia en la Saturación.
Lixiviación por Agitación en Régimen
Desde el momento que se dispone de solución residual una vez finalizados los ciclos iniciales de saturación y cristalización por cada línea de operación por ciclo, se recuperarán por día 20,8566m3 de dicha solución con contenidos de 35g/l de Cu y de 199,66g/l de ácido sulfúrico, volumen que se almacena en estanques adecuados para su utilización como composición de soluciones requeridas para iniciar en régimen normal esta etapa del proceso (Lixiviación por Agitación), para lo cual dicho volumen es mezclado con las soluciones recuperadas desde las descargas de pulpa de ripios provenientes de los Tk’s de Agitación y Concentración como también de los equipos de Saturación, dichas soluciones están disponibles una vez sometidas al proceso de separación sólido líquido (Espesamiento y Filtración) requerido para retirar los ripios agotados a su disposición final (los que se estiman en 10.518,74 kg/d/circuito). Gran parte de ellas constituyen el exceso del espesador que sedimenta los ripios agotados, los que luego se someten a un proceso de filtración para recuperar de ellos el resto de solución aún retenida en ellos, el que se integra a este grupo de soluciones a reciclar, que también incorpora el agua de lavado de telas procedente de los filtros prensa. El volumen de soluciones que constituye este último grupo de soluciones (exceso, líquidos filtrados y aguas de lavado de telas) se estima en 5,5276m3/d/circuito, las que dada la incorporación de agua de lavados serán más diluidas (en régimen, se estiman de 46,5gCu/l y 44,3gAc/l). Una vez mezcladas ambas soluciones, las recicladas de Cristalización y estas últimas las recuperadas, se dispone de un volumen total de 26,3842m3/d/circuito que en términos prácticos contendrán 37,42 gCu/l y 167,11gAc/circuito, condición que al considerar las dos líneas de operación permite realizar el proceso de generación de solución madre por Agitación para la Saturación y Cristalización en régimen normal con sólo cinco ciclos/d de 12,75m3 cada uno, ocupando para ello sólo cinco estanques de Agitación de los seis disponibles. Entonces en estos cinco ciclos de Agitación se trata el 45% del mineral diario a procesar por estanque de Agitación, es decir 2475 kg/ciclo/estanque, por tanto459,11 kgCu/ciclo/estanque utilizando para ello 10,5537m3/ciclo/estanque de la solución almacenada, sin requerir agregar ácido fresco para la disolución del Cobre dado que la solución contiene suficiente ácido libre. A consecuencia del proceso de agitación genera un volumen de solución madre de 10,9125m3/ciclo con 73,39gCu/l y 90,71gAc/l para dar lugar a nuevo ciclo de saturación y cristalización. En la Fig.1 se resumen los resultados alcanzados en la Primera Fase de Agitación y Concentración en régimen.
De lo anterior, resulta que sólo se requieren cinco estanques (Tk’s) en la Agitación para generar gran parte de la solución madre que se requiere para un ciclo de Saturación y
Cristalización de 21 ,825m , de esta manera las soluciones a reciclar pueden almacenarse en los estanques de Agitación en espera de la carga para iniciar su ciclo de agitación.
Saturación en régimen
Generados los ciclos de agitación en régimen normal requeridos para un ciclo de Saturación (2*10,9125 m3= 21 ,825m3) de solución madre que contiene 73,39gCu/l y 90,71 g/l de H2SO4, a la cual debe agregarse la cantidad de ácido sulfúrico requerida para alcanzar al final del proceso la solución requerida para la cristalización, con 200g/l de ácido, así como también dosificar la cantidad requerida para disolver el cobre soluble. De ello resulta, la necesidad de dosificar controladamente 5.802,58 kg de H2SO4, equivalentes a 3.153,6 l/ciclode W2-SO4(98%), y disolver el cobre contenido en el 55% del mineral alimentado a esta fase que resta por tratar (7.562,5Kg/ciclo/línea de operación con 1402, 84Kg Cu soluble), considerando además que el contenido de ácido en solución es mayor al usado en el proceso inicial de saturación, razón por la cual se requiere menor cantidad de ácido sulfúrico a adicionar para alcanzar los 200g/l finales que requiere la solución saturada.
Dadas las características de la solución generada al final del proceso de saturación en régimen normal, con mejores contenidos de cobre en ella de 106,95gCu/l, con un volumen de 23,7092m3 de solución enviada a los cristalizadores se produce aplicando las mismas bases del balance mostrado en ANEXO , 7,4186 t/bt de sulfato de cobre comercial, requiriéndose al mes realizar 80,88 bt/mes para producir las 600t/mes, significando realizar con las dos líneas de operación diariamente 2,70bt/d, es decir 1 ,35bt/d/circuito. , por lo cual cada ciclo debiera demorar como máximo 17,8 horas, distribuidas en 10 a 12 horas de saturación y 5 a 5,8 horas de cristalización y centrifugación. Siendo estos resultados más favorables para asegurar la producción comprometida. En la Fig.1 se resumen los equipos en la Segunda Fase de Saturación y Cristalización en régimen.
Siendo este último, el único cambio requerido para el proceso en cuestión, una relación de los consumo de ácido sulfúrico y de agua fresca se resumen en lo siguiente:
Ácido Sulfúrico de 98% concentración:
Consumo en Agitación inicial = 6ciclos/circuito*170,74l/ciclo/*2 líneas= 2048,9 I
• Consumo en Saturación inicial = 4285,3/ciclos/línea de operación*2líneas= 8570,6 I
• Total Consumo inicial = aprox. 10.620 l/ciclo inicial
• Consumo en Agitación con solución reciclada = 0 l/ciclos*5ciclos/d= 0 l/d
• Consumo Saturación Modificada = 1 ,35ciclo/d*3.153,6 l/ciclos/circuito*2líneas= 8.514, 72/d.
• Total Consumo en Regimen Modificado = 8.514,72 I /día
• Agua Fresca
• Consumo en Agitación en ciclo inicial=6ciclos/circuito*12,1 m3/ciclo*2líneas= 145,2 m
• Consumo en lavado de telas filtros = 21 ,04t/d /0,6t/ciclo*0,9m3/ciclo = 31 ,6m3/d
• Consumo en refrigeración de cuatro cristalizadores = 7%*30 m3/h *24=50,4 m3/d
• Consumo en refrigeración de Compresor Aire = 2 m3/h*24 = 48 m3/d.
Unidades Auxiliares al proceso
1. Estanque de Ácido Sulfúrico
Debe diseñarse un TK para 10 días de autonomía operacional, con un consumo diario permanente de 8,5 m3 y un consumo inicial de 10,6 m3 por tanto se considera
adecuado un volumen de diseño de 100 m3. Al considerar una altura del estanque, h =
4 m, se obtiene un área del estanque de 25 m2 que arroja un diámetro de 5,65 m, ahora bien, por razones de seguridad el estanque es instalado al interior de un pozo de emergencia de área cuadrada con una capacidad equivalente al 120% del volumen del estanque, es decir 120m3, considerando un muro peñmetral de 1 ,2m de altura, el área que circunscribe el estanque tendrá un lado de 11 , 2m y ocuparía un Área, Atkas= 125 m 2.
Almacenamiento de Ripio Agotado
En las fases 1 y 2 hay generación de ripio agotado por lixiviación y disolución del mineral respectivamente, obteniéndose diariamente un total por etapa de 9.466, 9Kg/d en la primera Fase de Agitación y Concentración y 11.570,6Kg/d en la Segunda Fase de Saturación y Cristalización, en total 21.037,5kg/día, resultando al mes una generación aproximada de 630t, alcanzando por año a 7.600t, que equivalen en términos prácticos, con densidad aparente de 1 ,7 t/m3, a tener que disponer 4.450m3/año de dicho material y en 3 años tener que disponer 113.340m3. En consecuencia, ello significa disponer de un almacenamiento anual de área de:
• Optimizando el espacio a ocupar, al considerar que el área vertical del stock es un trapecio de 2,5m altura, con un lado basal de 30m y lado superior de 23m, considerando ángulos de reposo de 35°, así el área vertical resulta en 66,25m2 y con ello, el stock anual tendría un largo basal de 61 m y de ancho basal 30m, así un área de 1.833m2 de almacenamiento anual, que al contemplar caminos perimetrales de 6m ancho, se requerirá un Área Total = 3.100m2 .
Total terreno para Planta de Sulfato de Cobre
Finalmente considerando las superficies calculadas se totaliza un Área Total ATotal = 6.083 m2, que se resume en el cuadro a continuación.
Cuadro Resumen de Áreas
Figure imgf000028_0001
Donde se concluye un terreno no menor a 2,5 há ante posibles expansiones y la necesidad de almacenar ripio agotado. ANEXO
Balances
Cálculo de Sulfato Pentahidratado producido por cristalización a 10°C y Volumen de solución a reciclar
Solución entrante a cristalización a una temperatura entre 80 y 90 °C por línea de operación (I op)= Vi =23,7092m3, con 106,95gCu/l y 200gAc/l
Solución saliente de cristalización a 10°C//opa reciclar = Vr con 35gCu/l
Vs = volumen de sulfato pentahidratado
Kgs = Kilos de Sulfato de Cobre anhidro (CUSO4)
Ecuaciones que reflejan el proceso
Vi = Vr + Vs (1)
Vs = Kgs/pcuso4 + (90/159,54 Kgs/pH20 ) (2) PcuS04 = 3600
Kgs = 159,54/63,54 * (Vi * 106,95 - Vr * 35) (3)
Utilizando los valores conocidos se tiene:
En ecuación (2)
Vs = 0,000278Kgs + 0,000564Kgs = 0,000842Kgs, lo que al reemplazar en (1) y (3) se tendrá:
23,7092 = Vr + 0,000842Kgs (1)
Kgs = 2,5108 * (2535,7 - 35Vr) = 6343,81 - 87,878Vr(3)
Así en ecuación (1):
23,7092 = Vr + 0,000842(6343, 81-87, 878Vr) = Vr + 5,3415 - 0,0740Vr
Luego Vr = (23,7092 - 5,3415)/0, 926 = 19,8355 m3
yKgs = 4600,70 entonces el sulfato de cobre pentahidratado será,
Kgsp = 4600,7*249,54/159,54 = 7196,06kg, si este retiene como máximo 3% de solución a reciclar en peso, el Sulfato de Cobre Pentahidratado producido por un Lote de Producción de 23,7092m3será 7,4186 t/bt de sulfato de cobre comercial, requiriéndose al mes realizar 80,88 bt/mes para producir las 600t/mes, significando realizar con las dos líneas de operación diariamente 2,70bt/d, es decir 1 ,35bt/d/lop. De aquí se deduce que la solución reciclada final (Vrf ) se calcula al restar de Vr el volumen de solución que se retiene en el sulfato producido, luego:
Vrf = Vr - 0,03*7418, 6/pvr donde pvr se determina a partir de la tabla que sigue en que pcu = 8920, pH2S04 = 1870 a 100% concentración, pH20 = 1000 y pcuso4 = 3600
Figure imgf000030_0001
Donde p r = 22.987,94/19,8355=1158,93 kg/m3 y así Vrf =19,8355-222,56/1156,35= 19,6435m3.
Aseguramiento de Calidad del Producto ante Granulometría del Mineral Alimentado Frente a la necesidad de efectuar una molienda al mineral original que se procesa en la Planta de Obtención de Sulfato de Cobre, con el fin de alcanzar una mayor concentración de Cobre en él, alrededor de 20% de Cu contenido, existe la posibilidad que dicha molienda ocasione al final del proceso de Disolución del Mineral para la Saturación de la solución a someter a Cristalización del sulfato, dicha solución contenga partículas suspendidas de mineral procesado que de mantenerse en ella afectan la calidad del producto final.
Por esta razón, se ha efectuado un análisis del equipamiento más conveniente de usar para retirar de dicha solución las partículas suspendidas de mineral. Las alternativas conocidas que se presentan para este tipo de separación sólido líquido son dos, Filtros Prensa o Hidrociclones.
Teniendo presente que dadas las condiciones de molienda ésta nos lleva a disponer de un mineral molido en el cual el D8o, tamaño de partículas bajo el cual se encuentra el 80% en peso del material, o de partículas finas, sea de 1mm, la probabilidad de material fino que no decante de la solución al detener la agitación sea equivalente al 7,5% del ripio generado en la disolución del mineral alimentado a un ciclo de saturación, 7.562,5 kg/ciclo (el), que conforme a la composición mineralógica del mineral el 76,5% de su peso no se disuelve y queda como ripio al final de este proceso. Así, se generan 5.785,31 kg/cl de ripios de los cuales 433,9kg/cl de dicha cantidad (7,5%) se mantiene como partículas suspendidas en la solución saturada. Conforme a ello si la solución saturada a someter a cristalización es 23,7092m3/cl, con 107g/l de Cu y 200g/l de H2S04, cuya densidad pf = 1.287,1kg/m3, y si la cantidad de ripio suspendido equivale 0,1886m3/cl con ps =2.300kg/m3, la solución final equivaldría a 23,8978m3/c! y contendría 0,79% de sólidos en volumen.
Con estos antecedentes, las conclusiones del análisis de la alternativa de equipamiento para retirar las partículas de ripios suspendidas en la solución saturada es la siguiente:
• La consideración de Filtros Prensa en el retiro de las partículas de ripios suspendidas en la solución saturada final significa lo siguiente:
• Requerir de estanque de almacenamiento de la solución saturada el que deberá interiormente contar con serpentín interior en el cual circule vapor para mantener la temperatura de la solución al menos en 80°C.
• Después del estanque disponer de una bomba que alimente la solución saturada al Filtro con la presión requerida para la filtración de ella y la retención de las partículas suspendidas en la tela filtrante.
• Dimensionar un Filtro Prensa con tan baja concentración de sólidos, 0,79% en volumen y 1 ,40% en peso resulta impracticable del punto de vista del dimensionamiento de las cámaras de filtración requeridas para tal efecto, tanto por el volumen de ripio a retener 0,1886m3, como por el número requerido para ello por ciclo, prácticamente una cámara.
• Por otra parte, debido al tiempo para la filtración del total de la solución saturada se requerirá nuevamente calentar ésta a temperatura sobre 80°C al interior del cristalizador introduciendo vapor al serpentín de refrigeración, con el fin que se recuperen las condiciones óptimas para la generación de cristales de sulfato de cobre con las características adecuadas.
• Por lo anterior, resulta más práctico y conveniente el uso de Hidrociclones en lugar de Filtros Prensa, los cuales prácticamente no requieren de equipamiento auxiliar adicional para generar el retiro de las partículas remanentes de ripio desde la solución a cristalizar, los que pueden instalarse entre la bomba de alimentación y los cristalizadores. La ventaja de esta alternativa es que la única diferencia con el circuito original, sin partículas suspendidas en la solución saturada, es el requerimiento de una bomba de impulsión con presión de descarga del al menos
60kPa (8,7psi) para alimentar la batería de Hidrociclones con la velocidad requerida que genere la separación de las partículas suspendidas, para lo cual dicha bomba cuenta con Variador de Frecuencia (VDF) que permite regular su presión de impulsión. En este caso, el overflow de los hidrocliclones (solución limpia) ira directo al cristalizador en carga y el underflow, pulpa cargada de partículas de ripios, descarga en el circuito de alimentación del espesador de ripios.
Dimensionamiento Hidrociclón Clarificador de Solución Saturada
La formulación tradicional utilizada en la actualidad para el Dimensionamiento de los Hidrociclones está respaldada por una gran cantidad de pruebas experimentales que se basaron en interrelacionar el desempeño del equipo con sus dimensiones y las proporciones entre ellas, como también en tener presente las propiedades físicas del sistema fluido - partícula (densidades del sólido y de la solución, viscosidad del fluido, distribución granulométrica de las partículas) y las condiciones operacionales (presión y concentración de sólidos en la alimentación). Dentro de este contexto, en la actualidad el dimensionamiento es efectuado en relación al tamaño de corte de las partículas, teniendo presente las densidades del sólido y del fluido, como también la caída de presión en el Hidrociclón.
Planta para la Obtención de Sulfato de CobrePentahidratado( Fig.1)
Primera Fase: Agitación y Concentración en Régimen
1 : Alimentación del mineral molido proveniente de la planta de Chancado y Molienda al Proceso en Protección, sistema constituido por una tolva de recepción del mineral á transportar mediante un sistema neumático de transporte en fase diluida hasta la tolva de alimentación desde la cual se distribuye a la 1a y 2a Fase de este proceso.
2: Sistema de distribución del mineral a alimentar a los Estanques de Agitación de la Primera Fase y Estanque Mezclador de Segunda Fase de este proceso. 3: Sistema de Agitación y Concentración para la generación de la solución madre (aproximadamente de 21 ,825 m3/día/línea de operación de 73,4 g de Cu/I, entre 60 y 80 g de Cu/I y 90,7 g de H2S04/I, entre 80 y 100g de H2S04/I) a alimentar a la Segunda Fase de Saturación y Cristalización (9), al disolver el cobre oxidado del 45% del mineral alimentado diariamente a la Primera Fase, con la solución reciclada ( cercana a 37,4 g de CU/I y 167,1 g de H2S04/I), obteniéndose así un mineral agotado (ripio) que es extraído desde el fondo de los Estanques de Agitación y enviado a un Espesador para la recuperación de la solución rica en cobre que la acompaña.
4: Circuito de recirculación de la solución reciclada (37,4 g de Cu/I y 167,1 g de H2S04/I) constituida mayoritariamente por la solución pobre en cobre ( aproximadamente 20,86m3/día de 35g de Cu/I y 200g de H2S04/I) que se libera en el Proceso de Cristalización del sulfato, también por el grupo de soluciones que se genera de la solución libre de ripios obtenida en el overflow del Espesador, de la solución retirada de los ripios en el Filtro Prensa y de la generada por el lavado de las telas de este filtro. El volumen de soluciones que constituye este último grupo (overflow, líquidos filtrados y aguas de lavado de las telas) se estima en 5,5276m3/día/línea de operación, las que dada la incorporación de agua de lavados son más diluidas (las que en régimen, se estiman de 46, 5g de Cu/I y 44, 3g de H2S04/I). Una vez mezcladas todas estas soluciones, se dispone de un volumen total de 26,3842m3/día/línea de operación con las características ya descritas (37,42 g de Cu/I y 167, 11 g de H2S04/I).
5:Espesamiento de ripios agotados retirados de los Estanques de Agitación de la primera Fase ( Fíg.1 ), como también del Estanque Mezclador, Reactor e Hidrociclones de limpieza de la solución saturada obtenida en la Segunda Fase, proceso que además de obtener pulpas de ripios (69-71 % de sólidos) en el undeflow, permite recuperar como overflow las soluciones que acompañan los ripios extraídos de los Estanques de Agitación, como también del Estanque Mezclador , Reactor e Hidrociclones (HCI-n) de Segunda Fase.
6: Filtración de la pulpa retirada desde el underflow del Espesador que es bombeada al Filtro Prensa o de banda, para recuperar la solución con un contenido de cobre que acompaña a los ripios extraídos del proceso anterior y que se incorpora al circuito de soluciones recicladas a los Estanque de Agitación de la Primera Fase (4). Los sólidos generados por la filtración previamente lavados serán trasladados al almacenamiento de disposición final (16).
7: Sistema de alimentación de agua conforme a los requerimientos del proceso en la Primera y Segunda Fase.
8: Sistema de alimentación de Ácido Sulfúrico (H2S04) conforme a los requerimientos del proceso en la Primera y Segunda Fase
Segunda Fase: Saturación y Cristalización en Régimen
9: Al cual se alimenta del 55% del mineral molido restante al Mezclador de esta Segunda Fase, agregando además la solución madre proveniente de los Estanques de Agitación (TK-n) de la Primera Fase a este Mezclador y al Reactor (R-1), para obtener al final de este proceso una solución saturada en cobre (107 gCu/l, entre 96,3 y 117,7gCu/l y 200 gH2S04/l, entre 180 y 220 gH2S04/l). Dicho proceso de disolución de cobre y de saturación de la solución ingresada se lleva a cabo a una temperatura entre 80 a 90°C, la que es lograda al hacer circular por serpentines instalados interiormente en estos estanques (M-1 y R-1 ), vapor saturado que se genera en una Caldera (15). Al final de este proceso, los ripios agotados y mezclados con parte de la solución saturada se descargan por el fondo de estos estanques para ser enviados al proceso de espesamiento (5). La solución saturada obtenida (23,71 m3/día/línea de operación de107 gCu/l y 200 gH2S04/l) es trasladada al proceso de limpieza descrito a continuación.
10: Limpieza de la solución saturada en Hidrociclones (HCI-n) para asegurar la calidad del producto de interés (Sulfato de Cobre Pentahidratado, CuS04*5H20) ante la posibilidad de existencia de partículas finas generadas en el proceso de molienda, las que se retiran por el underflow de estos equipos hacia el proceso de espesamiento (5). Por el overflow de los mismos la solución saturada limpia es impulsada y trasladada al proceso de Cristalización (11) descrito a continuación.
11 : La solución saturada que ingresa a una temperatura promedio entre los 80 y 90°C a los Estanques Cristalizadores(CR- 1 y CR-2) permanece en agitación durante todo el Proceso de Cristalización, donde es sometida a enfriamiento, mediante la circulación de agua refrigerada (alrededor de 8 y 12°C) por un serpentín instalado en su interior y al mismo tiempo por la refrigeración del manto encamisado. Este enfriamiento a temperaturas mínimas al interior de los Cristalizadores (alrededor de 8y10°C)da origen a la formación de cristales de Sulfato de Cobre Pentahidratado (producto de interés). Una vez alcanzada la temperatura, se detiene la agitación para inducir la decantación de los cristales del producto de interés hacia el fondo de los cristalizadores, generando así la separación de ellos de la solución pobre en cobre (35 gCu/l y 200 gH2S04/l), la cual será reciclada a la primera Fase ( 4). El Sulfato de Cobre decantado junto a la solución pobre remanente que lo acompaña será trasladado a la fase del proceso indicada como 12.
El agua refrigerada utilizada en este proceso proviene del Proceso individualizado como 14, sistema de enfriamiento de agua, que se describe posteriormente.
12: El Sulfato de Cobre decantado es retirado controladamente por el fondo de los Cristalizadores y alimentado a un proceso de Centrifugación y Filtración, que separa el producto de interés de la solución que acompañaba a los cristales, la que se integra al circuito de solución reciclada a los Estanque de Agitación de la Primera Fase (4), y finalmente genera dicho producto con un máximo de 3% de solución retenida, el cual es enviado al proceso de envasado descrito a continuación.
13: Envasado de Sulfato de Cobre Pentahidratado, que se lleva a cabo vaciando las bolsas filtrantes del proceso anterior en maxi sacos o sacos (1.250 o 25 kg de capacidad respectivamente) según el requerimiento del cliente. 14: El agua utilizada para el enfriamiento de la solución saturada de (1 1), es recirculada en primer lugar a una torre de enfriamiento (TE-1 ) que usa como elemento refrigerante el contacto con aire ambiente en contracorriente, condición que permite bajar la temperatura del agua circulante cercana a la temperatura ambiente, siendo impulsada a un equipo de refrigeración inducida por un refrigerante gaseoso (Chiller), el cual permite disminuir la temperatura del agua entrante a alrededor de 10°C.
15: Sistema de alimentación de vapor saturado generado por una Caldera conforme a los requerimientos de(9).
16: Almacenamiento de los ripios agotados en su disposición final (que se estiman en 10.518,74 kg/día/línea de operación).
REFERENCIAS
1. ES156342, 01-04- 1943, Procedimiento de fabricación del sulfato de cobre, Enrique Rivas Hiera
2. US2533245, 12-12-1950, Method of producingcopper sulfate , Tennessee CopperCompany, George Harike.
3. ES460108 , 01-05-1978, Procedimiento para la obtención de sulfato de cobre de calidad comercial, Incomet S. A .Miguel Campo Rodríguez.
4. Memoria para optar al título de ingeniero civil de minas ,
Proyecto Anico, Universidad de Chile, Francisca Ignacia Tabílo, junio 2012
5. Síntesis y purificación de sulfato de cobre calidad farmacéutica, Perdomo Lorenzo, Revista Cubana de Química, vol. XVII, núm. 2, 2005, pp. 122-128. Producción de sulfato de cobre pentahidratado a partir de cemento de cobre, Ángel Azañero Ortiz, Revista del Instituto de Investigación FIGMMG, Vol. 8, N.° 15, 9-13 (2005).
Planta de sulfato de cobre pentahidratado, Región de Antofagasta, Decía ración de Impacto Ambiental, Enero de 2011. Conceptos Generales de Hidrometalurgia de Minerales de Cobre, Evaluación de Procesos Mineralúrgicos, Departamento de Ingeniería en Minas, Hernán Vives Navarro, Noviembre 2013.
WO2014127808, 28-08- 2014, Process and plant for producing copper and/orcobalt sulfate, Outotec Finland OY , Jochen Güntner. Sulfato de Cobre Pentahidratado a Partir de Chatarra de Cobre, en La Ciudad de Oruro, SCRIBD, Marcelo Callapa, Nov 21 , 2017

Claims

REIVINDICACIONES
1. Planta para la Obtención de Sulfato de Cobre Penta hidratado a partir de un mineral predominante en Tenorita (CuO) y/o Cuprita (Cu20) CARACTERIZADA por un proceso en dos fases: a. Primera Fase: Agitación y Concentración en Régimen
Formación de la Solución Madre mediante Lixiviación con Agitación, a temperatura ambiente del 45 % del mineral a procesar. b. Segunda Fase: Saturación y Cristalización en Régimen
Saturación de la solución madre generada en la Primera Fase, al procesar en el 55 % del mineral restante a una temperatura entre 80 y 90 °C, y generar la solución saturada que por un posterior enfriamiento, dará origen a la cristalización del sulfato de cobre pentahidratado.
2. La planta que incluye un proceso de obtención de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque la molienda del mineral inicial en la planta de chancado y molienda considera un tamaño de D80menor a 1mm.
3. La planta de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque la Primera Fase (a) de lixiviación en régimen se inicia en un estanque de agitación con una solución con contenidos de cobre iónico en solución y de ácido sulfúrico entre 31 ,5 y 38,5g/l de Cu y entre150 y 21 Og/I de ácido respectivamente.
4. La planta de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque la Segunda Fase (b) de saturación se inicia en un mezclador con una solución con contenidos de cobre iónico en solución y de ácido sulfúrico entre 60 y 80 gr/l de Cu y entre 80 y 100 gr/l de ácido respectivamente.
5. La planta de obtención de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque en la Segunda Fase (b)a cristalización se inicia en un estanque cristalizador con una solución con contenidos de cobre iónico en solución y de ácido sulfúrico entre 96,3 y 1 l7,7gr/l de Cu y 180 y 220 gr/l de ácido respectivamente.
6. La planta de obtención de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque en la Segunda Fase (b)la cristalización se inicia con una limpieza en hidrociclones de la solución saturada, para posteriormente obtener los cristales a una temperatura entre los 8 y 12°C.
7. La planta de obtención de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque todas las soluciones con contenido de cobre y de ácido sulfúrico, tales como la solución remanente de cristalización, la solución liberada enel espesamiento y filtración de ripios, la solución producto del lavado de telas filtrantes y de ripios, la solución liberada por la centrifugación de los cristales de sulfato de cobre .corno también cualquier solución originada por derrames ante dificultades operacionales en la planta, una vez colectadas son retornadas al proceso de agitación de la primera fase (a) para dar origen a la solución madre y en consecuencia optimizarla generación de producto y la utilización de los principales insumos del proceso, tales como: ácido sulfúrico y agua.
8. La planta de obtención de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque la refrigeración del agua utilizada para enfriamiento de la solución saturada para la cristalización se realiza a temperatura inferior a la ambiente, entre los 8 y 12°C.
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