Preparación de menas: flotación con espumas y metalurgia de cobre y zinc

Preparación de menas

Concentración de menas

· ¿ Cuál es el método más común de concentración?

Separación S-S por mojabilidad superficial

Flotación con espumas

Este proceso de separación S-S se utiliza para tamaños de partículas muy pequeños y difíciles de separar, haciendo uso de la propiedad de hidrofilicidad e hidrofobicidad (propiedades superficiales) de los materiales. Los principales metales en los que se emplea este método son: Cu, Zn, Pb y otros metales preciosos.

Etapas de la flotación por espumas

• Preparación del mineral: El mineral se tritura y se muele hasta que tenga el t.p. óptimo para que la flotabilidad sea realmente efectiva.
• Acondicionamiento con reactivos: Se añaden reactivos químicos para modificar las propiedades de la superficie de las partículas: con una "cola" hidrofóbica o Colectores: Estos reactivos se adhieren a la superficie del mineral valioso, volviéndolo hidrofóbico. Ejemplo: xantatos. Sustancias orgánicas que facilitan el proceso o Espumantes: Ayudan a crear burbujas estables en la celda de flotación. Ejemplo: alcoholes o aceites. *Acondicionadores: Ajustan el pH y potencian la acción de los colectores para mejorar la selectividad (aumentan la hidrofilici dad o hidrofobicidad de los componentes).
• Flotación en la celda: Se comienza a insuflar aire de forma que se produzcan burbujas, generando una espuma a la que se adhieren los compuestos hidrofóbicos del material y los lleva a la superficie (generalmente los compuestos hidrofóbicos son aquellos sulfuros metálicos que contienen al metal de interés), dejando en el fondo óxidos metálicos que contienen a la ganga y metales secundarios. y silicatos que puede ser recuperada facilmente
• Recogida de la espuma La espuma contiene sulfuros metálicos junto con metales preciosos (Au, Ag, MG-Pt) que constituyen un subproducto del proceso de recuperación del metal de interés (Cu, Ni ... ).
• Deshidratación y filtrado: El concentrado de mineral obtenido de la espuma se deshidrata para reducir el contenido de agua antes de su tratamiento final.

· ¿ Qué reactivos se usan en la flotación por espumas?

Acondicionamiento con reactivos: Se añaden reactivos químicos para modificar las propiedades de la superficie de las partículas: con una "cola" hidrofóbica

• Colectores: Estos reactivos se adhieren a la superficie del mineral valioso, volviéndolo hidrofóbico. Ejemplo: xantatos. Sustancias orgánicas que facilitan el proceso
• Espumantes: Ayudan a crear burbujas estables en la celda de flotación. Ejemplo: alcoholes o aceites.
• *Acondicionadores: Ajustan el pH y potencian la acción de los colectores para mejorar la selectividad (aumentan la hidrofilici dad o hidrofobicidad de los componentes)

Tipos de Acondicionadores

• ACTIVADORES, potencian la flotación de ciertas especies minerales
• DEPRESORES, impiden la flotación de ciertas especies minerales.
• REGULADORES de pH
• AGENTES DISPERSANTES y FLOCULANTES, que retiran las partículas más finas.· ¿ Qué operaciones preceden y suceden al proceso de concentración?

· Antes de la concentración:

1. Trituración - Rompe el mineral en trozos más pequeños. Etapas: trituración primaria, secundaria y a veces terciaria.
2. Molienda - Pulveriza el mineral para liberar partículas finas de los metales valiosos. Se realiza en molinos.
3. Clasificación - Separa partículas por tamaño, mediante tamices o hidrociclones, Se asegura que el material tenga el tamaño adecuado para la concentración.

· Concentración:

• Se separa el mineral valioso de la ganga.
• Métodos: flotación por espumas, separación magnética, gravedad, lixiviación, etc.

· Después de la concentración:

1. Filtrado o secado - Elimina agua del concentrado para facilitar su transporte o procesamiento posterior.
2. Obtención del metal - Por métodos térmicos, químicos o eléctricos.
   • Pirometalurgia: fusión o calcinación del concentrado para obtener el metal (ej. alto horno).
   • Hidrometalurgia: disolución con reactivos químicos (ej. cianuración del oro).
   • Electrometalurgia: uso de electricidad para extraer el metal (ej. electrólisis del cobre).
3. Refinación - Se purifica el metal obtenido

Termodinámica y cinética

Diagrama de Ellingham y Termodinámica

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Cinética y fenómenos de transporte

· ¿ Qué es la capa límite en un sistema sólido-líquido?

La capa límite es la zona de transición entre el sólido y el líquido donde el movimiento del líquido es muy lento, y el transporte de masa ocurre por difusión, no por flujo. Es clave en la cinética de disolución y reacción.

> capa límite ¿Qué características presenta cualquier reacción heterogénea?

Fluido A

> Presencia de una interfase superficie de contacto o separación de las dos fases que intervienen. › Área de la interfase Un sólido de tamaño de partícula más grande se disolverá más lentamente > Geometría de la interfase puede cambiar o no con el tiempo > ... presencia de una capa límite

Sólido B

Reactivos

Productos

Etapas de una reacción heterogénea

Intergase

a) Difusión de reactivos hasta la interfase b) Adsorción en la interfase by d son etapas rápidas no controlan la velocidad del proceso, c) Reacción química en la interfase d) Desorción de los productos a,c y e son + lentas, determinan la velocidad del proceso y si este es controlado por difusión o por la reacción química e) Difusión de los productos desde la interfase

· ¿ Qué etapa es controlante en la transferencia?

La etapa controlante (o etapa limitante) es la más lenta, es decir, la que determina la velocidad global del proceso.

la reacción química O En sistemas sólido-líquido, la etapa controlante suele ser la difusión a través de la capa límite, ya que es más lenta que la reacción superficial o ia agitación del fluido.

· ¿ Cómo influye la agitación en la cinética?

• Reduce el espesor de la capa límite.
• Aumenta la velocidad de transferencia de materia.
• Evita acumulaciones de reactivos o productos.

➢ Puede hacer que la reacción química sea la etapa controlante en lugar de la difusión. Más agitación = más velocidad de reacción. Δχ

Electroquímica metalúrgica

Electrometalurgia / Electro-obtención

· ¿ Por qué el rendimiento de corriente no es del 100%?

• Reacciones secundarias: parte de la corriente se consume en otras reacciones, como la evolución de hidrógeno u oxígeno en lugar de depositar metal.
• Impurezas en el electrolito: interfieren con la eficiencia del depósito metálico.
• Formación de películas pasivantes: capas que dificultan el paso de electrones.
• Pérdidas eléctricas: resistencia en el sistema (contactos, electrodos, solución).

· ¿ Por qué el oro se deposita más desde Au3+ que desde Au+?

Au3+ tiene un potencial de reducción más alto, lo que significa que:

• Es más fácil reducir Au3+ a Auº (oro metálico) que reducir Au+ a Auº.
• La reacción es más espontánea desde Au3+.

Además:

• Au+ es menos estable en solución acuosa y tiende a descomponerse (por dismutación) en Au3+ y Auº, lo que complica su uso en procesos de electro-obtención.

· ¿ Qué implica el sobrepotencial de hidrógeno en la electro-obtención?

Implica que se necesita un voltaje adicional (más alto que el teórico) para que se forme hidrógeno (H2) en el cátodo. Este fenómeno favorece la deposición del metal antes de la formación de gas hidrógeno, mejorando la eficiencia de la electro-obtención. Esto es clave para recuperar metales como el zinc.

¿Se puede realizar electrólisis ignea con la propia mena?

• No se puede realizar electrólisis ígnea directamente con la mena en su estado natural. porque las menas suelen ser mezclas complejas de minerales con impurezas y alta resistencia eléctrica, lo que dificulta la conducción de corriente.

· Razón principal: Las menas (como óxidos, sulfuros, etc.) no son conductoras ni están en forma fundida. Requieren una preparación previa para obtener una fase fundida o un electrolito adecuado (como un óxido o haluro fundido) que permita el paso de corriente y la reducción del metal. Primero se debe transformar la mena en un compuesto purificado y fundible (por ejemplo, convertir bauxita on alúmina y luego fundirla con crionita para obtener aluminio por electrólisis ígnea) con buena conductividad, que facilitan la separación del metal por reducción en el cátodo.

· ¿ Qué factores afectan al depósito de metal en el cátodo?

• Densidad de corriente: controla la velocidad y calidad del depósito.
• Concentración del ion metálico: más concentración, mayor eficiencia.
• Temperatura: mejora la velocidad del proceso.
• Agitación del electrolito: favorece la transferencia de iones.
• pH: influye en la estabilidad de los iones.
• Impurezas: pueden alterar o contaminar el depósito.
• Sobrepotenciales: afectan la eficiencia de la reacción.

Controlar estos factores mejora la calidad y eficiencia del proceso electrolítico.

· ¿ Es factible electro-obtener Zn desde soluciones ácidas? ¿ Qué implicaciones termodinámicas y cinéticas hay?

Termodinámicamente no factible: El potencial de reducción del Zn2+ a Zn (-0.76 V) es menor que el del H* a H2 (0.00 V), por lo que se libera hidrógeno antes de depositar zinc. Zn2+ + 2e- - > Zn(s) Eº =- 0.76 V 2H++2e -- >H2(g) Eº =0.00 V Si es factible electro-obtener Zn desde soluciones ácidas si se aprovecha el sobrepotencial de hidrógeno. Termodinámicamente es desfavorable, pero puede volverse cinéticamente posible si tenemos un electrodo adecuado con alto sobrepotencial (como plomo) y condiciones controladas, ya que este retrasa la evolución de h2, permitiendo que se deposite Zn incluso si su potencial es menor.