Hidrometalurgia

Hydrometallurgy es una técnica dentro del campo de la metalurgia extractiva, la obtención de metales de sus ores. La hidrometallurgia implica el uso de soluciones acuosas para la recuperación de metales de minerales, concentrados y materiales reciclados o residuales. Las técnicas de procesamiento que complementan la hidrometallurgia son la pirometallurgia, la metalurgia vaporosa y la electrometallurgia de sal fundida. La hidrometallurgia suele dividirse en tres áreas generales:

• Principales
• Concentración y purificación de la solución
• Recuperación de metales o compuestos metálicos

Principales

La lixiviación implica el uso de soluciones acuosas para extraer metal de materiales que contienen metal y que entran en contacto con ellos. En China en los siglos XI y XII se utilizaba esta técnica para extraer cobre; esto se utilizó para gran parte de la producción total de cobre. En el siglo XVII se utilizó con los mismos fines en Alemania y España.

Las condiciones de la solución lixiviante varían en términos de pH, potencial de oxidación-reducción, presencia de agentes quelantes y temperatura, para optimizar la velocidad, el alcance y la selectividad de la disolución del componente metálico deseado en la fase acuosa. Mediante el uso de agentes quelantes, se pueden extraer selectivamente ciertos metales. Estos agentes son típicamente aminas de bases de Schiff.

Las cinco configuraciones básicas del reactor de lixiviación son in situ, en pila, en tina, en tanque y en autoclave.

Lixiviación in situ

La lixiviación in situ también se denomina "minería en solución". Este proceso inicialmente implica la perforación de agujeros en el depósito de mineral. Se utilizan explosivos o fracturación hidráulica para crear caminos abiertos dentro del depósito para que penetre la solución. La solución lixiviante se bombea al depósito donde entra en contacto con el mineral. Luego se recoge y procesa la solución. El depósito de uranio de Beverley es un ejemplo de lixiviación in situ.

Lixiviación en pilas

En los procesos de lixiviación en pilas, el mineral triturado (y a veces aglomerado) se apila en una pila revestida con una capa impermeable. La solución de lixiviación se rocía sobre la parte superior del montón y se deja filtrar hacia abajo a través del montón. El diseño del montón suele incorporar sumideros colectores, que permiten a la "embarazada" solución de lixiviación (es decir, solución con metales valiosos disueltos) que se bombeará para su posterior procesamiento. Un ejemplo es la cianuración del oro, donde los minerales pulverizados se extraen con una solución de cianuro de sodio que, en presencia de aire, disuelve el oro, dejando un residuo no precioso.

Lixiviación en tina

La lixiviación en tinas implica poner en contacto material, que generalmente ha sufrido reducción de tamaño y clasificación, con solución de lixiviación en tinas grandes.

Lixiviación en tanque

El tanque agitado, también llamado lixiviación por agitación, implica poner en contacto material, que generalmente ha sido sometido a reducción de tamaño y clasificación, con la solución de lixiviación en tanques agitados. La agitación puede mejorar la cinética de reacción al mejorar la transferencia de masa. Los tanques suelen estar configurados como reactores en serie.

Lixiviación en autoclave

Los reactores autoclave se utilizan para reacciones a temperaturas más altas, lo que puede mejorar la velocidad de la reacción. De manera similar, los autoclaves permiten el uso de reactivos gaseosos en el sistema.

Concentración y purificación de la solución

Después de la lixiviación, el licor de lixiviación normalmente debe someterse a una concentración de los iones metálicos que se van a recuperar. Además, a veces es necesario eliminar los iones metálicos indeseables.

• La precipitación es la eliminación selectiva de un compuesto del metal objetivo o la eliminación de una impureza mayor por precipitación de uno de sus compuestos. El cobre se precipita como su sulfuro como un medio para purificar los leachados de níquel.
• La cementación es la conversión del ión metálico al metal por una reacción redox. Una aplicación típica implica la adición de hierro rascado a una solución de iones de cobre. Se disuelve el hierro y se deposita el metal de cobre.
• Extracción solvente
• Intercambio de ideas
• Reducción de gas. Tratar una solución de níquel y amoníaco con hidrógeno ofrece niquel metal como su polvo.
• Electrowinning es un proceso de electrolisis particularmente selectivo si caro aplicado al aislamiento de metales preciosos. El oro puede ser electroplatado de sus soluciones.

Extracción con disolvente

En la extracción con disolventes se utiliza una mezcla de un extractante en un diluyente para extraer un metal de una fase a otra. En la extracción con disolventes, esta mezcla a menudo se denomina mezcla "orgánica". porque el constituyente principal (diluyente) es algún tipo de aceite.

La PLS (solución de lixiviación preñada) se mezcla hasta emulsificar con la materia orgánica eliminada y se deja separar. El metal se intercambiará del PLS al orgánico que se modifica. Las corrientes resultantes serán una orgánica cargada y un refinado. Cuando se trata de electroobtención, la materia orgánica cargada se mezcla hasta obtener una emulsión con un electrolito pobre y se deja separar. El metal se intercambiará de lo orgánico al electrolito. Las corrientes resultantes serán una materia orgánica despojada y un electrolito rico. La corriente orgánica se recicla a través del proceso de extracción por solventes, mientras que las corrientes acuosas pasan por procesos de lixiviación y electroobtención, respectivamente.

Intercambio iónico

Se utilizan agentes quelantes, zeolita natural, carbón activado, resinas y compuestos orgánicos líquidos impregnados con agentes quelantes para intercambiar cationes o aniones con la solución. La selectividad y la recuperación son función de los reactivos utilizados y de los contaminantes presentes.

Recuperación de metales

La recuperación de metales es el paso final de un proceso hidrometalúrgico, en el que se producen metales aptos para la venta como materia prima. A veces, sin embargo, es necesario un mayor refinado para producir metales de altísima pureza. Los principales tipos de procesos de recuperación de metales son la electrólisis, la reducción gaseosa y la precipitación. Por ejemplo, un objetivo importante de la hidrometalurgia es el cobre, que se obtiene convenientemente mediante electrólisis. Los iones Cu²⁺ se reducen a Cu metal a bajos potenciales, dejando atrás iones metálicos contaminantes como Fe²⁺ y Zn²⁺.

Electrólisis

La electroobtención y la electrorefinación implican, respectivamente, la recuperación y purificación de metales mediante la electrodeposición de metales en el cátodo y la disolución del metal o una reacción de oxidación competitiva en el ánodo.

Precipitación

La precipitación en hidrometalurgia implica la precipitación química de soluciones acuosas, ya sea de metales y sus compuestos o de los contaminantes. La precipitación procederá cuando, mediante la adición de reactivos, evaporación, cambio de pH o manipulación de temperatura, la cantidad de una especie presente en la solución exceda el máximo determinado por su solubilidad.