1.1.- ASPECTOS GENERALES
Las técnicas usadas comprende: preparación y pre-tratamiento del mineral o materia inicial, lixiviación de los valores metálicos usando reactivos químicos o acción bacterial (a presiones o temperaturas elevadas o ambientales), separación y lavado de residuos sólidos, purificación final del metal o compuesto deseado.
Para cada una de estas etapas se dispone de diversos tratamientos alternativos, así tenemos por ejemplo, a la lixiviación, la cual puede realizarse por agitación, in situ o en pilas y botaderos. La purificación de las soluciones puede realizarse por control de pH, intercambio iónico, extracción por solventes, entre otros. La precipitación puede ser por cementación, electrodepositación o precipitación con gases.
Si se compara con los antiguos procesos pirometalúrgicos, que usan básicamente calor y fundentes, los métodos hidrometalúrgicos son relativamente muy recientes. Esto se debe a que para lograr implementarse se necesitaba contar con elementos tales como ácidos, bases, reactivos químicos especiales, generadores de corriente continua industriales, materiales resistentes a la corrosión y un conjunto indispensable de conocimientos básicos de la química y físico-química de sistemas de solución acuosa. Todo esto se pudo lograr en el pasado siglo XX.
Las primeras aplicaciones de la hidrometalurgia moderna las constituyen los procesos de cianuración de minerales de oro. Estos procesos dieron origen a un rápido desarrollo de la mayoría de los equipos indispensables en los procesos hidrometalúrgicos actuales: agitadores, espesadores, filtros, bombas de arenas, y otros.
En el mismo periodo, el proceso Bayer para el aluminio, desarrollaba equipos mas sofisticados como las autoclaves, que permiten trabajar a temperaturas y presiones elevadas. Posteriormente aparecieron procesos tan importantes como el intercambio iónico y extracción por solventes que abrieron un campo aún más amplio de aplicación.
En la actualidad se extraen y refinan, comercialmente, mediante métodos hidrometalúrgicos, un gran número de metales, como por ejemplo: cobre, niquel, aluminio, oro, plata, cobalto, zinc, uranio, circonio, hafnio, entre otros. Pudiendo emplearse en forma total o parcial para prácticamente todos, excepto 6 o 7, de los 82 elementos metálicos conocidos. Generalmente los metales o compuestos producidos hidrometalúrgicamente alcanzan un grado de pureza mayor que los producidos por otros métodos como el pirometalúrgico.
El uranio, por ejemplo, se produce totalmente por procesos hidrometalúrgicos. En el caso del aluminio se tiene que prácticamente la totalidad de los 10 millones de toneladas anuales producidas se logran hidrometalúrgicamente en plantas de 1 a 2 millones de toneladas anuales de capacidad, solo comparables a plantas siderúrgicas.
En el caos del zinc tenemos que se producen anualmente, mediante procesos hidrometalúrgicos, más de 2 millones de toneladas con menos de 100 ppm de impurezas. En el caso del cobre los procesos extractivos convencionales para los minerales oxidados consisten de lixiviación ácida por percolación o agitación y precipitación del metal por cementación o electrodepositación. Sin embargo, nuevas técnicas desarrolladas tales como el perfeccionamiento de la lixiviación en las pilas y botaderos, en las que pueden emplearse la acción de bacterias, han permitido el aprovechamiento de minerales sulfurados de baja ley, que no pueden ser tratados económicamente por los métodos convencionales pirometalúrgicos.
Debido a estos desarrollos, la producción hidrometalúrgica actual de cobre es mas de cuatro veces que la de hace 20 años atrás. Estimándose que solo la obtenida a partir de minerales de baja ley representen cerca de 15% de la producción primaria mundial de este metal.
Esta producción pudo verse grandemente incrementada por el empleo de métodos hidrometalúrgicos para el tratamiento de concentrados sulfurados de cobre. Estos métodos, desarrollados en los últimos quince años, constituyen en la actualidad, alternativas muy interesantes a los procesos pirometalúrgicos convencionales y modernos.
Estos desarrollos se han debido, en gran parte, al creciente control, realizados en los países mas industrializados, de la contaminación atmosférica, que ha obligado a cerrar fundiciones a menos que cumplan con las regulaciones respecto a la emisión de SO2. Otro factor adicional es la creciente escasez de combustibles y sus costos.
Indirectamente, estos factores han contribuido también a un mayor desarrollo de las operaciones de lixiviación debido a la creciente disponibilidad y bajo costo del ácido sulfúrico que las fundiciones se ven obligadas a producir.
Entre los nuevos procesos hidrometalúrgicos comerciales deben destacarse los que extraen níquel, por lixiviación directa a presión de lateritas niquelíferas y los nuevos procesos para tratamiento de concentrados sulfurados de cobre tales como el proceso Arbiter que emplea lixiviación amoniacal, seguida de extracción por solventes y electrodepositación; y el proceso Clear que utiliza lixiviación con cloruro férrico y que puede recuperar el azufre en forma elemental.
1.2.- OBJETIVOS DE LA HIDROMETALURGIA
En general puede decirse que los procesos hidrometalúrgicos, persiguen uno de los objetivos siguientes:
· Producir un compuesto puro, que puede procesarse a continuación, por algún método pirometalúrgico o de otro tipo, para obtener el metal.
· Producir un metal ya sea, a partir de un metal impuro o de un compuesto impuro que hayan sido preparados por una secuencia de operaciones pirometalúrgicas o de otro tipo.
· Producir un metal directamente de un mineral, un concentrado o un concentrado pretratado.
1.3.- VENTAJAS DE LA HIDROMETALURGIA
En líneas generales las principales ventajas de la hidrometalurgia son:
· Evita la contaminación atmosférica
· Bajos costos de inversión por unidad de capacidad de la planta
· Posibilidad de expansión de una operación pequeña a otra de tamaño mediano, conservando siempre la economía de una operación en gran escala. Esto es debido al carácter modular de las plantas hidrometalúrgicas.
1.4.- OTRAS VENTAJAS IMPORTANTES
La hidrometalurgia es la técnica extractiva mas adecuada para tratar los minerales complejos y no sulfurados, que presentan, y representan en el futuro, un porcentaje creciente de las reservas minerales mundiales.
El hecho de que una planta de tamaño pequeño resulte económicamente muy atractiva la posibilidad de instalar plantas cerca de las minas, evitándose así los siempre crecientes costos de transporte.
Algunos procesos hidrometalúrgicos permiten un ahorro considerable de combustible, como es el caso de tratar los minerales directamente en sus yacimientos (lixiviación in situ) o los que eviten molienda. Estos ahorros de energía representan una fracción apreciable del consumo total de un proceso convencional.
La hidrometalurgia cuenta con una creciente disponibilidad y al mismo tiempo con una disminución de costos, de una serie de reactivos, entre los cuales el más importante es el ácido sulfúrico que obligatoriamente deben producir las fundiciones en la actualidad.
Existe un gran control sobre las reacciones, debido a las condiciones cinéticas en que se desarrollan los procesos. Es posible una gran automatización.
Las operaciones hidrometalúrgicas son muy selectivas, en lixiviación por ejemplo, solo parte de la mena se disuelve dejando el resto (ganga) sin reaccionar, permitiendo su eliminación en una etapa inicial del proceso. La selectividad de la extracción por solventes y del intercambio iónico es raramente obtenida por otros procesos no hidrometalúrgicos. Gran flexibilidad para combinar operaciones unitarias con el objeto de lograr un proceso óptimo.
1.5.- FUTURO DE LA HIDROMETALURGIA
Los factores y ventajas mencionadas en relación con los procesos hidrometalúrgicos se combinan para poder asegurar que estos procesos cumplirán un rol aun mayor en la producción de metales del futuro. Esto se producirá en la medida de la cantidad de investigaciones que puedan ser llevadas a cabo en las diferentes disciplinas científicas y tecnológicas de que está formada la hidrometalurgia. Como ya se ha dicho, ella aun es muy joven y falta todavía mucho porque se ha explicado o descubierto antes de poder delimitar sus alcances.
Los caminos por los cuales deben dirigirse las nuevas investigaciones deben ser entre otros, los siguientes:
· Aumentar aún más la selectividad en cada una de las diversas operaciones de que esta formado. Desarrollar activos de extracción por solventes altamente específicos para la mayor cantidad posible de iones simples y complejos.
· Hacer que las reacciones empleadas representen cada vez menos problemas de corrosión.
· Trabajar en conjunto con los especialistas en este campo en el desarrollo de nuevas (y más baratos) materiales de construcción capaces de resistir todo tipo de soluciones y condiciones de operación.
· Desarrollar nuevos métodos de precipitación de metales que impliquen un menor consumo de energía que el que se tiene en el método convencional de electrodepositación.
· En la parte de investigación fundamental se requiere mayores conocimientos de la termodinámica, cinética, electroquímica y fisicoquímica en general, de la gran gama de reacciones, tanto en fase acuosa como orgánica, que ocurren en los procesos hidrometalúrgicos.
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