La hidrometalurgia es una técnica dentro del campo de la metalurgia extractiva , la obtención de metales a partir de sus menas. La hidrometalurgia implica el uso de soluciones acuosas para la recuperación de metales a partir de menas, 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 se divide típicamente en tres áreas generales:
La lixiviación consiste en la utilización de soluciones acuosas para extraer metales de materiales que contienen metales y que entran en contacto con ellos. [3] En China, en los siglos XI y XII, se utilizó esta técnica para extraer cobre; 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, extensión y selectividad de disolución del componente metálico deseado en la fase acuosa. Al utilizar agentes quelantes, se pueden extraer selectivamente ciertos metales. Estos agentes son típicamente aminas de bases de Schiff . [6]
Las cinco configuraciones básicas de reactores de lixiviación son in situ, en pila, en cuba, en tanque y en autoclave.
La lixiviación in situ también se denomina "minería por disolución". Este proceso implica inicialmente la perforación de pozos en el yacimiento de mineral. Se utilizan explosivos o fracturación hidráulica para crear vías abiertas dentro del yacimiento por las que pueda penetrar la solución. La solución de lixiviación se bombea al yacimiento, donde entra en contacto con el mineral. Luego, la solución se recoge y se procesa. El yacimiento 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 un montón que está revestido con una capa impermeable. La solución de lixiviación se rocía sobre la parte superior del montón y se deja que se filtre 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 atrás el residuo no precioso.
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La lixiviación en cubas implica el contacto del material, que normalmente ha sido sometido a reducción de tamaño y clasificación, con una solución de lixiviación en cubas grandes.
La lixiviación en tanques agitados, también llamada lixiviación por agitación, implica poner en contacto el material, que generalmente ha sufrido una reducción de tamaño y una clasificación, con la solución de lixiviación en tanques agitados. La agitación puede mejorar la cinética de la reacción al mejorar la transferencia de masa. Los tanques suelen configurarse como reactores en serie.
Los reactores autoclave se utilizan para reacciones a temperaturas más altas, lo que puede aumentar 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 pasar por un proceso de 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 disolventes, esta mezcla suele denominarse "orgánica" porque el componente principal (diluyente) es algún tipo de aceite.
La PLS (solución de lixiviación cargada) se mezcla hasta la emulsión con la materia orgánica despojada y se deja separar. [ cita requerida ] El metal se intercambiará de la PLS a la materia orgánica donde se modifica. [ aclaración necesaria ] Las corrientes resultantes serán una materia orgánica cargada y un refinado . Cuando se trata de electroobtención, la materia orgánica cargada se mezcla luego hasta la emulsión con un electrolito pobre y se deja separar. El metal se intercambiará de la materia orgánica 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 solvente mientras que las corrientes acuosas pasan por procesos de lixiviación y electroobtención [ aclaración necesaria ] respectivamente. [ cita requerida ]
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. [ cita requerida ] La selectividad y la recuperación son una 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 su venta como materias primas. Sin embargo, a veces es necesario un mayor refinado para producir metales de pureza ultraalta. 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 por electrólisis. Los iones Cu 2+ se reducen a Cu metálico 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 la disolución del metal o una reacción de oxidación competitiva en el ánodo.
La precipitación en hidrometalurgia implica la precipitación química a partir de soluciones acuosas, ya sea de metales y sus compuestos o de contaminantes. La precipitación se producirá cuando, mediante la adición de reactivos , la evaporación , el cambio de pH o la manipulación de la temperatura, la cantidad de una especie presente en la solución supere el máximo determinado por su solubilidad.