La hidrometalurgia es una técnica dentro del campo de la metalurgia extractiva , la obtención de metales a partir de sus minerales. La hidrometalurgia implica el uso de soluciones acuosas para la recuperación de metales a partir de minerales, concentrados y materiales reciclados o residuales. [1] [2] Las técnicas de procesamiento que complementan la hidrometalurgia son la pirometalurgia , la metalurgia de vapor y la electrometalurgia de sales fundidas. La hidrometalurgia suele dividirse en tres áreas generales:
La lixiviación implica el uso de soluciones acuosas para extraer metal de materiales que contienen metales y que entran en contacto con ellos. [3] En China en los siglos XI y XII, esta técnica se utilizaba para extraer cobre; esto se utilizó para gran parte de la producción total de cobre. [4] En el siglo XVII se utilizó con los mismos fines en Alemania y España. [5]
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 grado y la selectividad de 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 . [6]
Las cinco configuraciones básicas del reactor de lixiviación son in situ, en pila, en tina, en tanque y en autoclave.
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.
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 de la pila generalmente incorpora sumideros de recolección, que permiten bombear la solución de lixiviación "preñada" (es decir, la solución con metales valiosos disueltos) 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 el residuo no precioso.
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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.
El tanque agitado, también llamado lixiviación por agitación, implica poner en contacto material, que generalmente ha sufrido una 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.
Los reactores de 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.
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. [1]
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 solventes, esta mezcla a menudo se denomina "orgánica" porque el constituyente principal (diluyente) es algún tipo de aceite.
La PLS (solución de lixiviación preñada) se mezcla hasta emulsificación con la materia orgánica eliminada y se deja separar. [ cita necesaria ] El metal se intercambiará del PLS al orgánico que se modifica. [ se necesita aclaración ] 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 con solventes , mientras que las corrientes acuosas pasan por procesos de lixiviación y electroobtención [ clarificación necesaria ] respectivamente. [ cita necesaria ]
Para intercambiar cationes o aniones con la solución se utilizan agentes quelantes , zeolita natural , carbón activado, resinas y compuestos orgánicos líquidos impregnados con agentes quelantes. [ cita necesaria ] La selectividad y la recuperación son función de los reactivos utilizados y los contaminantes presentes.
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 Cu 2+ se reducen a Cu metal a potenciales bajos , dejando atrás iones metálicos contaminantes como Fe 2+ y Zn 2+ .
La electroobtención y la electrorefinación implican, respectivamente, la recuperación y purificación de metales mediante electrodeposición de metales en el cátodo y disolución del metal o una reacción de oxidación competitiva en el ánodo.
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 la temperatura, la cantidad de una especie presente en la solución supere el máximo determinado por su solubilidad.