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Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
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Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
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Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Reporte
Metalúrgico
N° 7, Julio de 2018
Consejo Editorial
Director Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Ing. Hebert Pinto Roca
Director a.i Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales
Ing. Eduardo Solis Ruiz
Miembros del Honorable Consejo de Carrera
Ing. Federico Yujra Alvarez
Ing. Oscar Vila Rodríguez
Ing. Alberto Alejo Terrazas
Univ. Carlos Apaza Zelada
Univ. Luis Zapata Alejo
Univ. Carlos Acho Quispe
Univ. Grover Quisbert Laura
Univ. Ronal Torrez Mullisaca
Univ. Sergio Huanca Ticona
Univ. Dianira Choque Mamani
Editor
Ing. José Antonio Montecinos López
Reporte Metalúrgico es el órgano de difusión de la Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de
Materiales de la Facultad de Ingeniería.
Universidad Mayor de San Andrés
La Paz, Bolivia
Dirección: Plza. Obelisco No 1176. Piso 7 Of 701
Teléfono: 2205000 int 1801 1802
Email: [email protected]
Contenido
4 Editorial
5 Artículos y Proyectos de Grado
65 Convenios Internacionales y Nacionales
6 9 Noticias de la Carrera
EDITORIAL
LA INDUSTRIALIZACIÓN DE RECURSOS NATURALES EN BOLIVIA
La Constitución Política del Estado Plurinacional de Bolivia del 2009 en sus Artículos 348 y 356, dice
que los recursos naturales deben ser industrializados para superar la dependencia de la exportación
de materias primas y lograr una economía de base productiva en el marco del desarrollo sostenible,
en armonía con la naturaleza.
El ciclo de la industrialización del litio del Salar de Uyuni, se inició con la puesta en marcha de la
Planta Piloto de Carbonato de Litio que produce carbonato de litio en grado batería de 99,6 % de
pureza, alcanzado este logro comenzó a funcionar una planta semi-Industrial para la producción de
Cloruro de Potasio, que es comercializado como fertilizante en el mercado, concluyendo el ciclo con
la implementación y puesta en marcha de las plantas pilotos de: materiales anódicos, materiales
catódicos y fabricación de baterías de ion litio, estas últimas ubicadas en el departamento de
Potosí, La Palca, Municipio de Yocalla. Dentro de los productos obtenidos se encuentran el óxido
de manganeso con una producción de 1,2 kg cada 100 horas, además de 1 kg de óxido de níquel-
manganeso-cobalto, materiales que son el insumo principal que componen una batería y su
producción permitirá la fabricación de baterías de Litio.
El entrenamiento y formación del personal técnico boliviano de la Empresa de Yacimientos de Litio
Boliviano en Francia y en La Palca de Potosí, estará a cargo de la Empresa Greentech.
Dentro de las estrategias del gobierno, el plan Petroquímico de industrialización del gas con la
puesta en marcha de la Planta de amoniaco y urea, que se utiliza como un potente fertilizante para
la soya, maíz, papa, girasol, trigo, de azúcar, etc.
El gobierno promulgó el 2 de abril, la ley que aprueba el convenio de crédito preferencial para
financiar la ejecución del Proyecto Planta Siderúrgica del Mutún, la planta tratará 650.000 (TM/año)
de mineral bruto 414.000 (TM/año) de concentrado para luego obtener 400.000 (TM/año) de Pellets,
250.000 (TM/año) de hierro esponja y finalmente 194.000 (TM/año) de hierro de construcción.
La Siderurgia es un proceso de Industrialización fundamental para cualquier país, la posibilidad
de dejar de importar aceros planos, aceros no planos y hierro de construcción elevará el potencial
económico de nuestro país dado que en los últimos 5 años se elevó el consumo de estos productos
en el mercado interno.
Todo este proceso de Industrialización que está empezando en nuestro país necesariamente debe
estar acompañado con trabajos de Investigación a cargo de la Facultad de Ingeniería, especialmente
la Carrera de Metalúrgica y de Materiales de la UMSA.
La presente Revista Metalúrgica después de 7 años, pretende ser un espacio donde por medio de
la publicación de Investigaciones de Proyectos de Grado, realizarán análisis y propuestas técnicas
sobre el aprovechamiento de los recursos minerales ferrosos, no ferrosos, no metálicos y otros, en
el marco del desarrollo sostenible para nuestro país.
Ing. Hebert Pinto Roca
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ARTÍCULOS Y
PROYECTOS DE GRADO
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Simplificación de trámites
Jaime Ortega PhD
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SIMPLIFICACIÓN DE TRÁMITES
Jaime Ortega PhD, ex oficial sénior de la Corporación Financiera Internacional del Grupo Banco Mundial, es docente
emérito de la materia de Economía y Gestión empresarial y Proyecto de grado de Facultad de Ingeniería—UMSA.
[email protected]
RESUMEN
El artículo menciona las circunstancias que llevan a las administraciones gubernamentales a encarar procesos de
mejora administrativa, presentando las líneas generales de la estrategia de simplificación administrativa en cuatro fases:
diagnóstico, diseño de un nuevo proceso, implantación y evaluación. Por lo extenso de cada uno de los temas, el artículo
cubre el diagnóstico dejando para otras publicaciones las áreas de diseño, implantación y evaluación.
Summary
The paper addresses circumstances that lead national and subnational administrations to undertake administrative
improvements, discussing some general guidelines of the four-phased simplification strategy: diagnostics. Proposal,
implementation and evaluation. By the large extent of each topic, the article covers diagnosis leaving the areas of design,
implementation and evaluation to other publications.
INTRODUCCIÓN
La necesidad de las administraciones gubernamentales de contar con información acerca de todas las actividades de
un país como una herramienta para implantar sus políticas públicas; ha llevado a la creación de numerosos registros,
controles, permisos y certificaciones; que a su vez implican la creación de complejos procedimientos administrativos y
exigen el cumplimiento de difíciles requisitos documentarios. Requisitos y procedimientos, más temprano que tarde, se
interfieren mutuamente y hacen totalmente inefectivo e ineficaz el cumplimiento de las normas por lo que empresarios y
ciudadanos en general buscan otros caminos o simplemente no cumplen con dichas normas, con repercusiones negativas
en la situación socioeconómica de los países: bajo universo de contribuyentes, baja inversión privada, reducción en la
inversión extrajera directa, incremento en el contrabando de bienes, funcionamiento ilegal de empresas, bajo comercio
legal, generación de grandes pasivos ambientales, apropiación ilegal de bienes raíces, bajo empleo formal, reducción en
los aportes a la seguridad social, contratación de personal no idóneo en la administración pública, etc.
La existencia de estos procedimientos y requisitos (red tape) tiene una otra consecuencia dañina: la creación y
consolidación rápida de una cultura de administración pública que emula un conjunto de servicios a la comunidad; pero
que en la realidad no sólo no brinda tales servicios, sino que demora y hasta paraliza el normal desempeño de todas
las actividades de dicha comunidad, afectando particularmente las comerciales e industriales. Aún peor: esta cultura
no sólo se reproduce rápidamente entre las entidades de los gobiernos centrales y subnacionales, sino que desarrolla
numerosos mecanismos de autoprotección que destruyen cualquier iniciativa de mejora a menos que ésta reproduzca
los procedimientos establecidos, mostrando estas iniciativas como simples elementos cosméticos que paradójicamente
hacen los procedimientos más complejos aún con el empleo de registros computarizados. Dos de los mecanismos de
autoprotección mencionados se manifiestan (i) en la redundancia parcial pero significativa de registros, requisitos y
procedimientos y (ii) en la contratación de personal útil a la burocracia que reducirá la transparencia de los trámites
públicos vía el no asumir responsabilidades y permitir corrupción difícil de demostrar jurídicamente.
Un ejemplo muy común se encuentra en la apertura de empresas: una vez elaborada y notariada una escritura de
constitución, ésta debe ser registrada en el servicio de impuestos, en el gobierno municipal que corresponda, en el
registro de comercio/industria estatal, en los gobiernos departamentales/provinciales y en los entes que regulan y
administran los beneficios sociales (AFPs, seguros de salud, ministerios de trabajo, etc.). En estas entidades, ejecutivos y
técnicos insisten en tener sus propios registros, en su propios formatos y bajos sus propios procedimientos pues esto les
garantiza la permanencia ad-infinitum de sus funciones. La interferencia se presenta en el cumplimiento de requisitos
que se contraponen en el tiempo: en algunos países es debe presentar un permiso ambiental para obtener una licencia
de funcionamiento, pero ésta no será otorgada a menos que la empresa ya esté en operaciones. Un estudio del Banco
Mundial que intenta medir la facilidad de emprender actividades económicas en 190 países, midiendo la extensión de la
burocracia, es el Doing Business. La publicación más reciente (2017): Igualdad de Oportunidades para Todos revela -por
ejemplo- que Bolivia ocupa el puesto 177 de 190 países analizados en la apertura de empresas, utilizándose en promedio
14 procedimientos, 45 días y 54% del ingreso per cápita (estimado en 3,080 US$ para el 2017) 1
¿Qué es simplificación administrativa?
El diseño e implantación de estrategias de simplificación administrativa tiene como objetivo inicial reducir la complejidad
regulatoria y reducir/eliminar barreras innecesarias y el número de documentos. Se espera que el impacto sea no sólo
promover el cumplimiento de la ley sino incrementar el cumplimiento de la misma y crear un ambiente económicamente
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favorable a la apertura y desarrollo de empresas. Un ambiente basado en principios como la buena fe, la presunción
de veracidad y la eficacia y eficiencia de los procedimientos. En otras palabras, la simplificación no se restringe a un
cambio de normas y procedimientos asociados, sino que conlleva un cambio cultural en el que las autoridades ven a
los ciudadanos como los beneficiarios de las reformas y no a si mismos o a las entidades que regentan. A su vez, los
ciudadanos ven a las entidades como centros de servicio, confiables y transparentes y no como entes de extorsión y terror.
El desafío de los gobiernos está en implantar sus políticas públicas, minimizando la interferencia en las actividades
socioeconómicas. Una simplificación administrativa real reducirá el impacto de las consecuencias mencionadas arriba
y otorgará al país otras ventajas como: innovación continua de la industria y comercio, generación constante de nuevos
emprendedores, liberación de recursos empelados en burocracia para su uso en inversión pública, e incremento en la
credibilidad de las instituciones públicas.
La simplificación administrativa es especialmente importante en las micro, pequeñas y medianas empresas que cuentan
con menos recursos y están pobremente equipadas (en términos de conocimientos y servicios legales) para cumplir con
la regulación. En América Latina y El Caribe, la simplificación es aún más importante pues los gobiernos centrales juegan
un papel importante en la economía. Hoy, al margen del papel que desempeña el estado en la economía, la simplificación
está tomando importancia en todo el mundo: el Doing Business 2017 revela que emprendedores en 137 países observaron
mejoras en el marco regulatorio local el año pasado. El informe, que mide 190 economías en todo el mundo, documentó
283 reformas empresariales entre junio de 2015 y junio de 2016.
¿Cómo se lleva a cabo una simplificación administrativa?
No existe un modelo único que pueda ser aplicado en cualquier país. Estrategias de simplificación pueden ser diseñadas
ad hoc para un sector específico o ser generales y de largo plazo; no obstante, se pueden mencionar cinco áreas de
trabajo en la simplificación: reforma de la regulación orientada a mejorar las estructuras administrativas, la reingeniería
administrativa, empleo de la tecnología de información en la reingeniería mencionada, una campaña comunicacional
completa y de largo alcance y coordinación entre las diversas instancias que participan en uno o varios procesos a
simplificarse.
Reforma de la regulación
En ocasiones, especialmente cuando se trabaja con gobiernos subnacionales (departamentales, provinciales, municipales),
la emisión de nueva regulación puede ser extremadamente complicada en términos políticos y administrativos pues
normas subnacionales deben ser concordantes con normas nacionales que obedecen a programas de gobierno que no
necesariamente coinciden con municipales o departamentales. En otras ocasiones, leyes estatales deben ser concordantes
con acuerdos internacionales (ejemplo: legislación sobre
comercio exterior, transacciones financieras, migraciones, etc.) por lo que, paradójicamente, la emisión de éstas puede ser
posterior a la aprobación y puesta en marcha de procedimientos que reglamenten dichas leyes. Este tema será discutido
en otra publicación.
Antes de empezar las labores del diagnóstico referente a o los procedimientos, es necesario conocer inequívocamente
los objetivos que tiene una entidad que está empezando un proceso de simplificación pues son estos objetivos el centro
de atención de la entidad y no en sí dichos procedimientos. Con un claro conocimiento de los objetivos y el análisis de la
regulación presente, se debe responder a preguntas como: ¿existe yuxtaposición de atribuciones y/o conflictos con otras
regulaciones?, ¿la regulación se implantó con consecuencias negativas a las actividades socioeconómicas relevantes?
¿la aplicación de la regulación tiene un costo significativo para la entidad y para los ciudadanos? ¿está diseñada con
un riesgo pequeño de incumplimiento?, ¿la regulación es concordante con los procedimientos actuales?, ¿la emisión
de nueva regulación requiere de aprobaciones legislativas? Respuestas a las preguntas anteriores llevarán a decisiones
sobre posibles modificaciones de mejora o emisión de normas sustancialmente diferentes.
Reingeniería administrativa: simplificación de trámites
El diagnóstico de procedimientos actuales, así como diseño e implantación de procedimientos simplificados, son
operaciones no sólo técnicamente complejas sino políticamente riesgosas. En este artículo se mencionará brevemente
algunos elementos que debe contemplar el diagnóstico en un proceso de simplificación administrativa. En una siguiente,
se discutirán temas referentes al diseño de nuevos procedimientos y su estrategia de implantación.
Un primer paso en la reingeniería administrativa consiste en llevar a cabo una simplificación de trámites específicos
a un registro o permiso (ejemplos son: permisos de construcción, registros ambientales, licencias de funcionamiento,
importaciones y exportaciones, etc.), aplicando una metodología sencilla pero efectiva de simplificación en cuatro fases:
diagnóstico, diseño de un nuevo proceso, implantación y evaluación.
1 Este mismo informe señala que Argentina está en el puesto 157 con 14 procedimientos y 25 días, Perú en el 103 con 6 procedimientos y 25 días, Colombia
en el 61 con 6 procedimientos y 9 días y Chile en el 59 con 7 procedimientos y 5 días.
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El diagnóstico involucra llevar a cabo un análisis detallado de la regulación presente y de los procedimientos asociados.
Este requiere evaluar la pertinencia técnica, administrativa y legal de cada paso de o de los procedimientos bajo análisis,
así como el costo de los mismos. En este momento es preciso definir y medir indicadores de desempeño que se convertirán
en la línea base de una propuesta de simplificación (ejemplo: número de formularios, número de escritos notariados,
tiempos de procesamiento de documentos, existencia de plazos, costos e identificación de centros de costos, número de
firmas, número de autorizaciones, número de revisiones, traslados, desglose de documentos, registros de información de
documentos presentados, pertinencia legal y administrativa de cada paso y documento, etc.).
Sencillo como parece el hacer un diagnóstico, es en realidad una tarea políticamente riesgosa y administrativamente
compleja que debe ser encarada por consultores/funcionarios externos a la/s entidad/des bajo diagnóstico y que estén
lo suficientemente empoderados para llevar a cabo su tarea. Por una parte, la ausencia de registros y la carencia de
mecanismos de simulación, hace difícil la tarea de obtener información de línea de base. Por otra parte, funcionarios y
ejecutivos que perciben una amenaza sus puestos de trabajo, se opondrán tenazmente a entregar información, autorizar
entrevistas a funcionarios y técnicos y a que consultores tengan acceso a expedientes de transacciones anteriores. En
adición, disputarán fieramente los textos del diagnóstico, rechazando la aprobación del mismo y paralizando el proceso.
Por este motivo, la campaña comunicacional mencionada, debe iniciarse antes de empezar cualquier labor de diagnóstico.
Capacidad de la entidad a encarar reformas administrativas
Antes de iniciar el estudio del o de los procedimientos, es importante llevar a cabo una determinación de la capacidad de
la entidad de llevar a cabo procesos de regulación administrativa y subsecuente simplificación de procedimientos. En este
contexto, “capacidad” significa la disponibilidad de recursos y voluntad política de llevar a cabo procesos de reingeniería
administrativa. Recursos como: disponibilidad de personal profesional y de apoyo, disponibilidad de recursos financieros
y tecnológicos, etc. Voluntad política y de largo plazo en los máximos ejecutivos y en funcionarios de todo nivel; y en
ejecutivos en otras instituciones de mayor, igual o menor jerarquía, que afectan directamente el funcionamiento de la
entidad.
Procesos de reforma administrativa no deben empezar si ambos: recursos y voluntad política se consideran insuficientes.
Mapeo de los procedimientos administrativos
Una vez que se hubiese tomado la decisión de llevar a cabo un diagnóstico sobre uno o más procedimientos en particular,
es importante detallar todos los protocolos administrativos que tienen relación directa o indirecta con los que se desea
simplificar. Por ejemplo: el o los procedimientos de recepción y despacho de correspondencia, así como los de registro
y archivo; son o debiesen ser transversales a la totalidad de los trámites que se llevan a cabo en una entidad. Esto es
importante pues los mencionados procedimientos formarán parte de diagnóstico y de la propuesta de reforma, pues
pueden ser los responsables directos de la existencia de trabas y demoras antes que la burocracia misma de una entidad.
Una vez conocidos todos los procedimientos relevantes a los que se tiene pensado simplificar, el equipo de trabajo
debe conducir un análisis detallado y cuidadoso de las actividades de los procedimientos a simplificarse, empleado
para éste propósito las herramientas estándares de ingeniería de procesos, y registrarles según normas internacionales
de diagramación de procesos, como por ejemplo los de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) que
permiten no sólo la descripción secuencial de una actividad; sino la locación de la misma, tiempo de ejecución y demora,
cantidades de trámites y costes en cada paso del procedimiento
administrativo. Este tipo de diagramación permitirá identificar con facilidad los centros de costos, empleo repetido de
información y relevancia de los documentos utilizados. El empleo de esta metodología permitirá a su vez la determinación
de la línea base mencionada antes. La determinación de tiempos y costos deberá estar asociado a un análisis de la
pertinencia administrativa y legal de cada paso de un procedimiento. Son numerosos los casos en los que los pasos
usados en ciertos trámites son completamente innecesarios o peor aún: no están respaldados por disposiciones legales
que pueden hacer que ciertos registros y autorizaciones sean ilegales.
Presentación y aprobación del Informe de Diagnóstico
Un diagnóstico es en teoría una “radiografía” del estado de la situación de un procedimiento en un instante dado por lo
que la validez del diagnóstico es, en teoría, para dicho instante. Por este motivo se debe hacer esfuerzos por llevar a cabo
esta tarea en el menor tiempo posible de manera de asegurar que los resultados aún estén vigentes una vez terminado
el informe.
Entregado el informe a las autoridades pertinentes, la aprobación del mismo debiese ser una formalidad siempre y
cuando el contenido hubiese tenido una participación activa y justa de funcionarios técnicos de la entidad. Si éste no
fuese el caso, el riesgo de lograr la aprobación en el corto plazo, desvirtuará los hallazgos.
Proyecto de Simplificación de Trámites para emitir Permisos de Construcción, Gobierno Municipal de La Paz, 2011
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Plantapilotoparala recuperaciónde
oro a partir de relaves de gravimetria
via aplicación de tecnología limpia
coop. Min. «15 De agosto» ltda.
Ing. Armando Alvarez Quispe.
Ing. Germán Wilfredo Núñez Aramayo.
Juan Pablo Ameller S.
Diego N. Valdez T.
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PLANTA PILOTO PARA LA RECUPERACIÓN DE ORO A PARTIR DE
RELAVES DE GRAVIMETRIA VIA APLICACIÓN DE TECNOLOGÍA
LIMPIA - COOP. MIN. «15 DE AGOSTO» LTDA.
Armando Alvarez Quispe.()
Germán Wilfredo Núñez Aramayo.()
Juan Pablo Ameller S. ()
Diego N. Valdez T. ()
RESUMEN
Las Cooperativas Auríferas recuperan oro con métodos gravimétricos y uso intensivo de mercurio, procedimiento que no
garantiza una óptima recuperación de Au (perdida de oro en granulometría fina en los relaves del proceso) y genera una
elevada contaminación ambiental (producción de harina de mercurio en el proceso y deficiente método de separación
Au-Hg). Con la finalidad de generar un cambio en la forma de procesamiento de minerales en el sector, en base a pruebas
desarrolladas a escala de laboratorio, se ha tomado la decisión de instalar una Planta Piloto en el Ingenio de la Cooperativa
Minera Aurífera “15 de Agosto” Ltda., planta piloto que involucra en el circuito a una maquina centrifuga ICON (tecnología
limpia) para recuperar oro en granulometría fina, además de mercurio atomizado a partir de los relaves de la mencionada
cooperativa.
El trabajo fue realizado en un periodo de seis meses, donde, la “Tecnología Limpia” estudiada en Planta Piloto, a partir de
los relaves del proceso gravimétrico con ley promedio de 5,02 g Au/t., permitió recuperar oro físico en el orden del 67,64 %
y piritas auríferas con tenor de 20,02 g Au/t, y una recuperación del 19,96 %, obteniéndose en el proceso una recuperación
total del 87,57 %, porcentaje que podría incrementar en el 10,22 % la producción actual de oro en la cooperativa.
Los relaves finales del proceso aplicado en la Planta Piloto, reportan valores de mercurio dentro de los límites permisibles
por la ley de medio ambiente, lo cual significa que el uso de equipos centrífugos, además de ofrecer alta recuperación en
oro, permite disminuir y/o prescindir del uso de mercurio en esta labor.
ABSTRACT
The gold Cooperatives of La Paz pick up gold applying gravimetric methods and using mercury intensively. Results are low
gold recovery (fines losses) and contamination due to very fine Hg particles generated in the process and low efficiency in
Au-Hg separation. In order to change this practice and based on lab scale successful experience, a Pilot Plant was set up
in the Cooperativa Minera Aurífera “15 de Agosto” Ltda. The circuit involved an ICON type centrifuge separator to recover
fines of gold and mercury from tails. Gold average content in the gravimetric tails were 5.02 g Au /ton and after processing
in the Pilot Plant gold recovery was in the order of 67.64% and gold containing pyrites recovery was 19.96% with 20.02gAu/t
of content. Overall recovery summed 87.57% and Cooperative gold production was increased in 10.22%
Tailings from the Pilot Plant report Hg contents within the Bolivian Environmental Law acceptable limits. It is demonstrated
that the use of the centrifugal technique is efficient enough to recover gold fines eliminating the Hg use in the process.
INTRODUCCIÓN.
En el marco del Proyecto de Interacción Social “APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA LIMPIA EN LA MINERIA AURIFERA
COOPERATIVIZADA” financiado con recursos IDH, se han realizado pruebas de recuperación de oro en Planta Piloto a partir
de residuos de operaciones gravimétricas de la Cooperativa Minera Aurífera “15 de Agosto Ltda.”, ubicada en las cercanías
de la población de Lambate, Provincia Sud Yungas del departamento de La Paz, en el sector denominado como faldas del
“nevado del Illimani”.
El Proyecto se planteo debido a que las Cooperativas Mineras Auríferas del Departamento de La Paz utilizan metodologías
inapropiadas y rudimentarias de procesamiento de minerales para la recuperación de oro; en la gran mayoría de los casos
con uso indiscriminado de mercurio metálico para la amalgamación de oro, procedimiento que da lugar a:
Baja recuperación de oro (parte del oro se pierde en los relaves del proceso, particularmente aquellos que se
encuentran en tamaños muy finos).
Generan contaminación ambiental por el uso de mercurio en el proceso de recuperación de oro (Generan harina de
mercurio).
En consecuencia, con el propósito de generar un cambio en la actividad metalúrgica en el sector de las cooperativas
auríferas, optimizando la recuperación de oro y mitigando la contaminación ambiental por uso de mercurio, en base a la
aplicación de una tecnología limpia basada en la combinación de la concentración gravimetría centrifuga y convencional,
se ha planteado la ejecución del presente proyecto en el lugar de operación de la cooperativa.
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Previo al desarrollo del trabajo en Planta Piloto, se ha realizado un diagnostico de los trabajos actuales en minería,
procesamiento de minerales y medio ambiente, con cuyos resultados se ha planificado el desarrollo de las actividades
a realizar en la cooperativa. Entre las principales labores encaradas en la ejecución del proyecto en cuestión, están los
trabajos de experimentación a escala de laboratorio, pruebas en planta piloto y el análisis económico y financiero para
la instalación de una planta de concentración por gravimetría para el reprocesamiento de los residuos de la mencionada
cooperativa.
OBJETIVO
Recuperar oro en granulometría fina implementando una Planta Piloto que involucra a una tecnología gravimétrica
centrifuga conocida como “Tecnología Limpia”, a partir de relaves de proceso de concentración de la Cooperativa Minera
Aurífera “15 de Agosto Ltda.”.
EXPERIMENTACIÓN
Con las muestras representativas tomadas en los relaves de los dos grupos de trabajo de la Cooperativa Minera Aurífera
“15 de Agosto Ltda.”, (Grupo Dinámico y Grupo 24 de Abril) se desarrollaron pruebas de recuperación de oro a escala de
laboratorio, previa caracterización física, química y mineralógica de las referidas muestras. El propósito para el desarrollo
de esta pruebas fue el de establecer el comportamiento de la mena en el proceso de concentración por gravimetría
centrifuga, para que en base a estos resultados se pueda confeccionar un diagrama de flujo final de procesamiento
y establecer sus parámetros operacionales, datos que se consideraron para el desarrollo de pruebas en escala mayor
diseño a través de la instalación de la Planta Piloto, en función de las características propias del material.
Así mismo, en esta etapa se ha realizado un diagnostico del procedimiento actual de procesamiento de minerales de la
cooperativa para indagar respecto a sus deficiencias técnicas operacionales y grado de contaminación que realizan por
uso indiscriminado de mercurio metálico.
En las figuras 1 y 2 se consignan los diagramas de flujo de las pruebas corridas a nivel de escala de laboratorio y planta
piloto, respectivamente.
RESULTADOS Y DISCUCIÓN
A) DiagnÓstico de las
operaciones actuales.
Del análisis de las operaciones
de procesamiento actuales de la
cooperativa se establece que los
ingenios de ambos grupos de trabajo
presentan las siguientes deficiencias:
–– Inadecuada distribución de
equipos y maquinarias que da lugar
a alimentaciones intermitentes
que repercuten negativamente en
su capacidad de procesamiento,
costos de operación y bajos índices
metalúrgicos.
–– Condiciones de operación
inapropiadas de cada uno de los
equipos y maquinarias de los
ingenios sometidos al diagnostico.
–– Por la modalidad de trabajo de
recuperación de oro que aplican los
grupos “24 de Abril” y “Dinámicos” de la Cooperativa Minera “15 de Agosto” Ltda., se genera elevada cantidad de
harina de mercurio (mercurio atomizado) que se vierte, junto con los relaves, al medio ambiente, principal forma de
contaminación por uso de mercurio.
–– La perdida de mercurio metálico por cada uno de los grupos de trabajo de la cooperativa asciende a aproximadamente
28 kg/mes.
B) Pruebas a escala de laboratorio
En las tablas 1 y 2 se ilustran los balances metalúrgicos resumidos de las pruebas a escala de laboratorio correspondientes
a los dos grupos de trabajo de la Cooperativa.
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Tabla 1: Balance Metalúrgico Resumido – Grupo “Dinámico”.
Producto % Peso Au (g/t) Finas Au. (g) % Distribución Au.
0,0640 69,82
Oro Físico
Mixtos Limpieza 0,0054 5,88
(Sulfuros) 1,31 21,36
Preconcentrado Mesa 0,0084 9,18
(Sulfuros) 3,39 12,90
Concentrado Sulfuros 0,0138 15,06
4,71 15,26 0,0112 12,17
Cola Final Mesa 89,28 0,65 0,0003 0,38
Cola Limpieza 0,62 0,0024 2,57
Fracción + 35 M 2,89 3,92 0,0139 15,11
3,12 0,76 0,0917 100,00
Total Colas 95,29 4,77
100,00 5.20
Cabeza Calculada
Cabeza Ensayada
Los resultados registrados en las tablas anteriores permiten establecer que en la clasificación realizada con corte en malla
35 (0.417 mm.) la fracción +35 mallas reportan una distribución 1,15 y 2,57 de oro para las muestra que corresponde a los
Grupos “24 de Abril” y “Dinámico” respectivamente.
En la etapa de preconcentración centrifuga en Falcón SB-40, a partir de la fracción -35 mallas de la muestra del grupo
“24 de Abril”, se ha obtenido un producto enriquecido con tenor de 119.86 g. Au/t, con una recuperación de 87,27 %
respecto al total de oro contenido en la alimentación. Para la muestra que corresponde al grupo “dinámico” el tenor del
preconcentrado y la recuperación de oro fue relativamente menor (86,26 g Au/t y 76,08 % recuperación).
En la etapa de limpieza de preconcentrados Falcon en mesa vibratoria convencional, para cada una de las muestras, se
han logrado separar tres productos que son:
Concentrados: Con contenidos de oro físico libre cubierta superficialmente con mercurio y proporciones importantes de
mercurio atomizado (harina de mercurio).
Mixtos: Constituido por piritas y arsenopirias con porcentaje en peso que no sobrepasan el 4 %, respecto al total de
la muestra, cuyas leyes son: 37,95 g Au/t (Grupo 24 de Abril), 21,36 g Au/t (Grupo Dinámico). Sus distribuciones en oro
respecto al total de la muestra, no exceden el 6 %.
Colas limpieza: Producto de descarte final, debido a que los reportes de análisis químico no indican contenidos de oro
importantes.
Las recuperaciones alcanzadas en oro físico en esta etapa son: 81,65 % (Grupo 24 de Abril), 69,82 % (Grupo Dinámico),
recuperaciones consideradas como óptimas en el reprocesamiento de estos relaves.
Con la finalidad de descartar residuos finales con bajísimos contenido de oro, el producto “Colas Falcón” se ha sometido
a una etapa de reprocesamiento en mesa vibratoria donde se separó su contenido de minerales sulfuros con tenores que
oscilan entre 15 y 20 g. Au/t., productos de interés económico para una futura comercialización.
C) Pruebas a escala de Planta Piloto
Los balances metalúrgicos resumidos obtenidos en esta etapa, siguiendo los pasos que se muestran en el flujo grama de
figura 2, se consignan en las tablas 3 y 4.
En el balance metalúrgico de tabla 3 se logra recuperar el 64,73 % de oro físico a partir de los relaves del Grupo “24 de Abril”,
resultado que es aproximadamente 15 puntos menos respecto al obtenido a nivel de laboratorio. Sin embargo, el producto de
piritas auríferas obtenidos en Planta Piloto es mayor en el tenor del concentrado (23,92 g Au/t), porcentaje peso y distribución,
respecto al obtenido en laboratorio.
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Tabla 3: Balance Metalúrgico Resumido (Planta Piloto) – Tabla 4: Balance Metalúrgico Resumido (Planta Piloto) –
Grupo “24 de Abril”. Grupo “Dinámico”.
Producto % Peso Au (g/t) Finas Au. % Producto % Peso Au (g/t) Finas Au. (g) % Distribución
(g) Distribución Au
Oro Físico Oro Físico 4,1357 67,61
3,05 13,90 18,7862 Au 3,91 16,15 0,7752 12,67
Sulfuros Mesa 1,31 47,34 2,5993 64,73 Sulfuros Mesa 1,06 7,29
Sulfuros 4,36 23,92 Sulfuros 4,97 34,29 0,4458
Limpieza 92,24 0,65 3,7872 8,96 Limpieza 90,95 19,96
Conc. Sulfuros 3,40 0,85 Concentrado 4,07 20,02 1,2210 11,86
95,64 0,66 6,3865 13,05 Sulfuros 95,03 0,57
Cola Final Mesa 100,00 3,6719 Cola Final Mesa 100,00 0,65 0,7254 12,43
4,74 0,1768 22,01 0,70 0,0350 100,00
Cola limpieza 3,8487 Cola Limpieza 0,65 0,7604
5,09 12,65
Total colas 0,61 Total Colas
Cabeza Cabeza
Calculada 13,26 Calculada
Cabeza Cabeza
Ensayada 29,0214 100,00 Ensayada 4,99 6,1171
5,20
Las colas finales de este proceso, del cual se ha separado cerca de 98 % de sulfuros, analiza 0,65 g Au /t, que representa una
distribución de 12,65 % de oro respecto al total de la muestra. El porcentaje restante se recupera en productos útiles para su
comercialización como: oro físico con recuperación de 64,73 % y piritas auríferas con tenor de 23,92 g Au/t y recuperación de
22,01 %.
En el circuito de la planta piloto, la corriente de colas finales del proceso está exenta de contenido de mercurio, situación
que permite dejar claramente establecido que el procedimiento aplicado conocido como “tecnología limpia” permite una
separación total de mercurio en el residuo final del proceso, relaves que pueden ser vertidos sin el peligro de contaminación
al medio ambiente por mercurio metálico.
Los resultados que se consignan en tabla 4, que corresponden al reprocesamiento de relaves del grupo “Dinámico”, son
similares a los obtenidos con la muestra del otro grupo de trabajo de la cooperativa, salvo algunas excepciones en la ley
del preconcentrado ICON y su recuperación. En la recuperación de oro físico, los resultados obtenidos son muy próximos, lo
que significa que en esta fase de pruebas en planta piloto, probablemente el control de operación se realizó de manera más
adecuada.
D) Incremento de la productividad por reprocesamiento de relaves
Los indicadores metalúrgicos alcanzados en planta piloto significaron una mejora sustancial que, con toda seguridad,
por el reprocesamiento de estos relaves en escala industrial permitirán un aumento en la productividad de cada uno de
los ingenios de la cooperativa. Una estimación del incremento de la productividad del ingenio del grupo “24 de Abril” se
muestra en la tabla 5.
Uno de los aportes más significativos de la aplicación del proceso de concentración centrifuga combinado con el
procedimiento gravimétrico convencional, es la significativa separación de mercurio atomizado (harina de mercurio)
que se presenta en los releves de ingenio, lográndose descartar colas finales de proceso con bajísimos contenidos de
mercurio, producto que no ocasiona daños al medio ambiente por uso de reactivos tóxicos.
Tabla 5: Análisis comparativo de producción de oro.
DESCRIPCION OPERACIÓN ACTUAL CON TRATAMIENTO DE RELAVES INCREMENTO
A) Oro Físico
Procesamiento (TMD)(*) 3,00 TMD 3,00 TMD
Ley de cabeza (g Au/t)(*) 30,00 g Au/t 4,74 g Au/t
Recuperación(*) 10,22 %
Producción (g Au/día)(*) 80,00 % 90,22 % 9,20 g Au/día
Pureza oro 72,00 g Au/día 81,20 g Au/día
Producción fina (g Au/día)(*) 940 milésimas 940 milésimas 8,65 g Au/día
Producción (o.t. Au/día)(*) 67,68 g Au/día 76,33 g Au/día 0,27 o.t Au/día
Cotización ($us/o.t.)(**) 2,18 o.t. Au/día
Valor bruto obtenible ($us/día)(*) 1.300 $us/o.t. 2,45 o.t./día 351,00 $us/día
Días trabajados por mes 2.834,00 $us/día 1.300 $us/o.t.
Valor bruto mensual ($us/mes) 25 días/mes 3.185,00 $us/día 8.775 $us/mes
B) Piritas Auríferas 70.850 $us/mes 25 días/mes
Producción piritas auríferas (TMM) 79.625 $us/mes 3,27 TMN
Ley Piritas Auríferas (g Au/t)
Valor bruto venta ($us/t)(*) 3,27 TMM
Valor bruto mesl ($us/mes) 23,92 g Au/t
Total Valor bruto mensual (A+B)(*) 1.357,00 $us/mes
70.850 $us/mes 415 $us/t 10.132 $us/mes
1.357,00 $us/mes
80.982 $us/mes
Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
16
(*) Estimado
(**) Promedio Anual
PROPUESTA DE INSTALACIÓN DE PLANTA INDUSTRIAL
En la Figura 3 se muestra el flujograma de la planta industrial propuesta para reprocesar los relaves correspondientes al
grupo de trabajo “24 de Abril”, relaves que tienen importantes contenidos de oro y mercurio, productos que se descartan
en la actualidad. El análisis económico y financiero para esta propuesta reportan los siguientes indicadores:
Figura 3: Flujograma propuesto para el
reprocesamiento de relaves del Grupo
“24 de Abril” de la Cooperativa Minera
Aurifera “15 de Agosto” Ltda. .
CONCLUSIONES
La intermitencia en la alimentación de
mineral a los ingenios de los dos grupos
de la cooperativa, afectan negativamente
en la capacidad, costos de operación y
en la recuperación de oro.
La deficiente modalidad de
procesamiento que aplican cada los
dos grupos, originan bajos índices
metalúrgicos debido al arrastre de oro
extremadamente fino, mercurio atomizado y sulfuros.
Del diagnóstico desarrollado en Cooperativa Minera Aurífera “15 de Agosto Ltda.” respecto al uso de mercurio, se establece
la alta presencia de este elemento metálico nocivo en los relaves y riachuelos circundantes al área de trabajo de la
Cooperativa.
En el reprocesamiento de los relaves del Grupo “24 de Abril” de la Cooperativa Minera “15 de Agosto” Ltda., se recupera el
64,73 % de oro del total alimentado al circuito, adicionándose a este valor, las piritas auríferas. Esta recuperación permite
incrementar en el 10,22 % en su producción de oro actual.
La aplicación de equipos novedosos de concentración gravimétrica centrífuga, además de ofrecer una alta recuperación
en oro en granulometría fina, permite disminuir y/o prescindir del uso de mercurio en esta labor.
El estudio económico y financiero para el presente proyecto, permite establecer que la Instalación de una Planta Industrial
para el retratamiento de relaves, aplicando una tecnología limpia, basada en la combinación de la concentración por
gravimetría centrifuga y convencional, es técnica y económicamente factible.
BIBLIOGRAFÍA
1. Clifoord D., “Concentración Gravimétrica”, Mining Journal – Edición en español, Septiembre, 1999.
2. Fedotov K. V., Beloborodov V. I., Leonov S. B. y Lestra K. H., “Recovery of fine gold using efficient gravity separators”, XX
International Mineral Processing Congres, Aachen – Alemania, 1977.
3. Alvarez A., “Concentración Centrifuga una Alternativa para el Procesamiento de los Pasivos Ambientales”. II Jornadas
internacionales de medio ambiente y desarrollo sostenible. La Paz, Agosto de 2001.
4. Alvarez A., “Concentración centrifuga, una alternativa para recuperar oro fino a partir de residuos gravimetricos”.
Tecnologías limpias en industrias extractivas. Jornadas Iberoamericanas. CYTED. 2006.
5. Alvarez A., Rocha J., “Alternativas de tratamiento de piritas auríferas para la disminución de impactos ambientales”.
VII Conferencia Internacional sobre Tecnologías Limpias - Industria Minera. Brasil. CYTED. 2007.
AGRADECIMIENTO
Los autores del presente trabajo desean hacer llegar sus agradecimientos al IIMETMAT de la UMSA, a la Cooperativa
Minera Aurífera “15 de Agosto” Ltda., por su cooperación para el desarrollo del presente trabajo y a DIPGIS por el
financiamiento proporcionado.
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17
Cinética de la extracción del cobre
por solventes orgánicos
Univ. Rubén Kapa Ticona
Tutor: M.Sc. Ing. Luis Cervando Chambi Viraca
Carrera de Ingeniería de Metalurgia y de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
2017
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Reporte Metalúrgico
18
CINÉTICA DE LA EXTRACCIÓN DEL COBRE POR SOLVENTES
ORGÁNICOS
Univ. Rubén Kapa Ticona
Tutor: M.Sc. Ing. Luis Cervando Chambi Viraca
Carrera de Ingeniería de Metalurgia y de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
[email protected]
RESUMEN
En el presente Proyecto de Grado fue analizado la cinética de extracción solvente estudiado en tres medios como son
LIX – 984N, LIX – 9790N diluidos al 15 % en volumen con Orfom SX – 80 y Acorga M5640 diluido al 15 % con Escaid 110. Las
pruebas fueron realizadas a nivel laboratorio estudiando el efecto de la relación O/A, el efecto del pH de la fase acuosa
y el efecto de la temperatura, estas pruebas fueron realizadas en el multiparamétrico el cual fue implementado con un
software para poner en línea con un computador.
En las isotermas de extracción se determinó los rangos de pH de la solución PLS que debe ingresar a la etapa de SX para
los orgánicos utilizados, para LIX – 984N de 1 – 1,5; para LIX – 9790N de 1 – 1,2 y para Acorga M5640 de 0,9 – 1,6 en estos
rangos de pH de la solución PLS se debe realizar el proceso de SX para evitar la co - extracción del hierro. Los diagramas
McCabe Thiele construidos para cada compuesto orgánico, sugiere que el número de etapas de extracción debe ser de 2
para las condiciones de la solución PLS preparada, además el modelo de la velocidad de extracción se ajusta al orden 1,8
para LIX – 984N; 2,2 para LIX – 9790N y 1,5 para Acorga M5640.
Kinetics of copper extraction by organic solvents
ABSTRACT
In the present Project of Grade the kinetics of solvent extraction studied in three media such as LIX - 984N, LIX - 9790N
diluted to 15% in volume with Orfom SX - 80 and Acorga M5640 diluted to 15% with Escaid 110 was analyzed. were performed
at the laboratory level studying the effect of the O / A ratio, the effect of the pH of the aqueous phase and the effect of
temperature, these tests were performed in the multiparameter which was implemented with software to put in line with
a computer.
In the extraction isotherms, the pH ranges of the PLS solution that must enter the SX stage were determined for the
organics used, for LIX - 984N of 1-1.5; for LIX - 9790N of 1 - 1,2 and for Acorga M5640 of 0.9 - 1.6 in these pH ranges of the
PLS solution the SX process must be carried out to avoid the co - extraction of the iron. The McCabe Thiele diagrams
constructed for each organic compound, suggests that the number of extraction stages must be 2 for the conditions of
the prepared PLS solution, in addition the model of the extraction speed is adjusted to the order 1,8 for LIX - 984N ; 2.2 for
LIX - 9790N and 1.5 for Acorga M5640.
Keywords: Extraction by solvents, kinetics, co – extraction
INTRODUCCIÓN
En Bolivia existen yacimientos mineralógicos con valor económico, los que pueden ser recuperados para incrementar su
valor agregado con diferentes procesos de extracción.
La extracción de los metales pueden realizarse por vía seca pirometalúrgica o hidrometalúrgica dependiendo de las
características del mineral y tecnologías que se requiere para la obtención del metal de los diferentes yacimientos.
En la extracción por hidrometalúrgica, se utilizan reactivos químicos como ácidos y bases para disolver al metal que se
requiere recuperar; asimismo se disuelven las impurezas que acompañan al metal de valor agregado siendo necesario
separar sus impurezas por métodos metalúrgicos.
Los yacimientos mineralizados del Altiplano del Sur de La Paz, como Corocoro, Veta Verde, Chararilla son yacimientos
con alto contenido de cobre, que se encuentran como carbonatos, óxidos, sulfuros y complejos de cobre. Los minerales
oxidados y carbonatos son susceptibles de recuperar el cobre por lixiviación ácida.
La Empresa Minera Corocoro realiza la extracción del cobre por procesos como lixiviación, extracción por solventes y
electroobtención. En la primera etapa se realiza por el método de lixiviación de pilas dinámicas y por agitación, donde se
disuelve junto al cobre las impurezas como Fe, Mn, Co, Pb, Al y otros; por esta razón, se realiza el proceso de extracción
por solventes para purificar; la solución rica en cobre; sin embargo, por el fenómeno de arrastre químico el Fe sigue
acompañando al cobre conocido como co-extracción, pasando ambos metales a la fase orgánica, siendo perjudicial para
el proceso de extracción solvente y para la etapa posterior que es la electroobtención.
El compuesto orgánico que utiliza la Empresa Minera Corocoro, es el orgánico de la serie Basf LIX – 9790N, diluido al 15
%, el resto Orfom SX – 80, actualmente en la etapa de extracción por solventes presentan problemas los cuales pueden
mencionarse los principales: co – extracción del hierro, formación de borras, el tiempo de residencia en los mezcladores
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
19
(mezcla entre la solución PLS y orgánico en ambos mezcladores de cada etapa) es de 5,3 minutos aproximadamente lo
cual este tiempo es muy elevado, el pH de la solución PLS que ingresa a la primera etapa de extracción solvente no es lo
adecuado por lo que existe un mayor arrastre químico, la relación O/A es menor a la unidad (primera etapa (E – 1) O/A de
0,87; segunda etapa (E – 2) O/A igual a 0,94; tercera etapa (E – 3) O/A es 0,89).
Para mejorar la purificación del cobre, se estudiará la cinética de extracción con tres reactivos orgánicos de LIX – 9790N,
LIX – 984N y ACORGA M5640 de los cuales se cuenta con sus diluyentes respectivos, este estudio se realizará con el fin de
determinar el tiempo adecuado para la extracción del cobre, bajo contenido de hierro en la fase orgánica, baja formación
de borras, además del pH adecuado de la solución PLS antes de ingresar a la etapa de extracción por solventes.
El presente trabajo está dirigido a determinar la cinética y las condiciones de operación en la extracción por solventes
orgánicos para obtener una mayor concentración de cobre con bajo contenido de impurezas como el hierro para la etapa
posterior de la electro obtención.
MARCO TEÓRICO
Descripción de la extracción por solventes (SX)
La operación de extracción por solvente (SX), es uno de los métodos de purificación más utilizados en la actualidad, lo que
se traduce en la instalación de numerosas plantas en el mundo, para separar, purificar y concentrar una gran cantidad de
elementos químicos tales como cobre, zinc, molibdeno, etc.
En general la operación SX implica el paso de un elemento disuelto en una fase acuosa, a una fase liquida orgánica, con
el objeto de separarlo de las otras especies de la solución, esta operación implica una re-extracción de la especie extraída
desde la fase orgánica, permitiendo la regeneración del extractante, para otra extracción.
Proceso de extracción por solventes
La extracción por solventes (SX) es un proceso en el cual una solución acuosa, que contiene el ión metálico a extraer, entra
en contacto íntimo con una solución orgánica inmiscible, produciéndose la extracción del ión metálico desde la solución
acuosa por parte de la solución orgánica a través de un intercambio iónico. Este proceso se lleva a cabo para separar una
especie de interés (en este caso, el ión cobre) el resto de las especies debe permanecer en la fase acuosa.
En el caso del cobre, la extracción desde la solución acuosa queda explicada por la reacción siguiente:
[ ] [ ] [ ] [ ]Cu+2 + 2RH < > R2Cu Fase organica + 2H+ Fase acuosa
La reacción anterior corresponde a una reacción de equilibrio químico, por lo que se puede invertir dependiendo de la
actividad relativa de las especies presentes en las soluciones. Esta reacción es controlada por el pH de la solución acuosa.
De este modo se lleva a cabo la re-extracción, etapa en la cual el ión metálico es recuperado desde la fase orgánica y
retorna a una solución acuosa.
En la interfase entre las dos soluciones de separación, inicialmente forman la emulsión que corresponde a una zona
heterogénea denominada banda de dispersión. En esta zona ocurre la separación de fases y su espesor es una de las
variables más importantes en el desarrollo del proceso, el equipo mezclador – decantador se muestra en la figura 1:
En general la operación SX presenta un circuito cerrado como se muestra en la Figura 2.
Figura 1: Equipo Mezclador y Decantador Figura 2: Circuito Cerrado LIX – SX - EW
En la anterior figura, se presentan tres circuitos cerrados, la primera corresponde a la obtención de la solución PLS cuyo
grado de acidez se encuentra en el rango de 1,5 a 2.8 de pH. Esta solución rica se pone en contacto con la fase orgánica
que proviene de la etapa de re extracción, la fase acuosa de la etapa de extracción solvente tiene impurezas como Fe2+,
Fe3+, Zn2+, Ni2+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Mo6+, Cl-, NO3-, SO42 el orgánico cargado posee la mayor proporción de cobre el que se destina
para la etapa de re-extracción (striping) con la solución que proviene de la etapa de electrolisis.
Cinética de la extracción por solventes
El equilibrio de distribución se alcanza rápidamente, siempre que éste se realice con una agitación adecuada. No obstante,
existen algunos sistemas extractivos, en los que el proceso es lento y las consideraciones cinéticas constituyen una
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20
importante contribución al estudio y aplicación de la extracción líquido – líquido. Para estos casos, el estudio de la
cinética del proceso desempeña un papel importante en la aclaración de los mecanismos físico –químicos del proceso en
sí, así como para el diseño de los equipos de extracción, donde se determina el tiempo de retención de las fases en las
diferentes etapas. Este será tanto mayor cuanto más lenta sea la cinética del proceso y viceversa. [7]
Extracción continua en contra corriente
La extracción por solventes en contracorriente sigue siendo el proceso más utilizado en la industria. Este sistema, permite
recuperar completamente el valor metálico en varias etapas haciendo que el orgánico se mezcle íntimamente con la
solución acuosa, el balance se muestra en la siguiente figura. [4]
Figura 3: Proceso de extracción solvente en contracorriente con n + 1 etapas
Si se designa “O” el volumen de la fase orgánica y “A” el volumen de la fase acuosa, x e y son las concentraciones de cobre en la fase
acuosa y orgánica respectivamente, considerando que xn-1 > xn y yn > yn+1 el balance para la primera etapa es dado por:
O·y2 + A·x0 = O·y1 + A·x1
Para la segunda etapa: O·y3 + A·x1 = O·y2 + A·x2
El balance para las n: O·yn+1 + A·xn-1 = O·yn + A·xn +1 etapas es igual a la suma de los balances anteriores:
A·x0 + O·yn+1 = A·xn + O·y1
Diagramas McCabe Thiele
El proceso por solventes, siempre es más eficaz extraer considerando el mismo volumen en varias etapas. La isoterma
de extracción se determina experimentalmente, realizando ensayos en embudos de decantación con el posterior análisis
químico de las muestras.
Las concentraciones de las fases acuosa y orgánico de determina en el diagrama McCabe -Thiele para establecer criterios
de control para la extracción por solventes sobre la recta de operación.
Figura 4. Construcción de Diagrama de Figura 6. Diagrama del proceso de Extracción por solventes: 1. Computador de
McCabe - Thiele adquisición de datos; 2. Multiparamétrico; 3, 7, 8. Vasos de precipitados; 4. Agitador
Mecánico; 5. Probeta; 6. Embudo de decantación
En la figura anterior, se muestra el procedimiento de mezclado de la fase acuosa con la fase orgánica en el vaso de
precipitado 3, en este se instaló un electrodo de pH ROSS ultra pH/ATC Triode que está en línea con el multiparamétrico y
a su vez con el computador para adquirir los datos de pH’s y conductividad en una tabla de Excel.
Variables estudiadas
Compuesto Orgánico , Relación de volumen de Orgánico/Acuoso “O/A” en la extracción, pH, Temperatura
Resultados y discusión
Variables estudiadas en la extracción por solventes
Para las pruebas de extracción por solventes, el multiparamétrico obtiene una serie de datos de pH y también de
conductividad, a medida que se realiza la extracción por solventes el pH va disminuyendo por la formación de iones de
hidrogeno, como se muestra en la siguiente reacción química.
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21
Concentraciones de cobre e hidrógenos en el equilibrio en función al grado de conversión.
Para la concentración de cobre en el orgánico:
La última ecuación está en función al pH, por lo cual se puede determinar la concentración de cobre en la fase orgánica.
Efecto de la relación orgánico – acuoso (O/A)
El efecto de la relación orgánico – acuoso en la extracción por solventes se estudió a temperatura constante y a un pH de
la solución PLS igual a 1,1 para las relaciones O/A: 0,8/1; 0,9/1; 1/1; 1,2/1; 2/1; 5/1 para los tres compuestos orgánicos; LIX –
984N, LIX – 9790N y ACORGA M5640, cada orgánico diluido al 15 % en volumen con sus respectivos diluyentes.
Los resultados de extracción de cobre por solventes orgánicos, también son mostrados viendo el efecto de la relación O/A
los que se presentan en las siguientes Figuras 7, 8 y 9.
Figura 7: Recuperación de cobre a diferentes Figura 8: Recuperación de cobre a diferentes Figura 9: Recuperación de cobre a diferentes
relaciones O/A con LIX – 984N relaciones O/A con LIX – 9790N relaciones O/A con ACORGA M5640
En las Figuras 7, 8 y 9, la recuperación alcanzada para una relación O/A de 1 es del 80,50 % de cobre cuando la extracción
fue realizada con el orgánico ACORGA M5640, la recuperación con el LIX – 9790N es de 77,27 % y de 79,06 % de recuperación
cuando se trabaja LIX 984N. También se observa en estas figuras que cuando se realiza la extracción a mayor relación O/A,
mayor es la recuperación del cobre, asimismo la velocidad de extracción es más rápida.
Construcción del diagrama McCabe Thiele
a) Diagrama McCabe Thiele de la Empresa Minera Corocoro
La empresa Minera Corocoro en su planta SX de Lequelequeni trabaja con el orgánico LIX – 9790N y su diagrama McCabe
Thiele, según Poblete y Cruz (2015 p.8) se presenta en la siguiente Figura.
En la Figura 10, se observa 3 etapas de extracción solvente los que actualmente se realizan, en este proceso la aplicación
de 3 etapas no es correcto por lo anterior es necesario analizar y discutir las etapas de extracción solvente en laboratorio.
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Figura 10. Diagrama McCabe Thiele Empresa Minera b) Diagrama McCabe Thiele en laboratorio
Corocoro
Con los resultados de extracción a diferentes relaciones O/A de la Figura 11
trabajado con el orgánico LIX – 984N, se construye los diagramas McCabe
Thiele para obtener el número de extracciones, las concentraciones en cada
etapa y una curva de ajuste de los resultados de extracción el que se presenta
en la siguiente figura
En la Figura 11, los resultados de extracción solvente en primera instancia
fueron ajustados por Excel obteniéndose un modelo matemático expresado
en la siguiente ecuación con un coeficiente de correlación R2 = 0,976.
De la gráfica McCabe Thiele, se obtiene 2 etapas de extracción considerando la
concentración del cobre 3,88 g/l dado en la Tabla 1 y una relación O/A de 1. En
la primera extracción se llega a obtener 3,45 g/l de cobre en la fase orgánica y
1,75 g/l cobre en la fase acuosa y en la segunda extracción el refino (fase
acuosa) tiene aproximadamente 0,1 g/l en cobre.
De la misma manera para el LIX – 9790N y ACORGA se grafican los diagramas
McCabe Thiele los que se muestran en las siguientes figuras.
En la Figura 12, el modelo matemático de las pruebas realizadas con LIX – 9790N
es dado por la ecuación siguiente que tiene un coeficiente de correlación R2 =
0,9804.
Figura 11: Diagrama McCabe Thiele LIX – 984N Las recuperación del cobre en la primera etapa de extracción llega al 3.37 g/l
y la solución acuosa es de 2 g/l de cobre, después de la segunda extracción se
tiene aproximadamente de 0,1 g/l en la solución final (refino).
En la Figura 13 trabajado con
el Acorga M5640, se obtiene
el modelo matemático
mostrado, el que registra un
coeficiente de correlación
R2 = 0,999. El número de
extracciones es dos etapas y
la concentración del orgánico
es de 3.49 g/l de cobre y la
solución acuosa es 1,2 g/l de
cobre, posteriormente en la
segunda etapa de extracción
se tiene 0,01 g/l en el residuo
(refino).
Los diagramas McCabe Figura 12: Diagrama McCabe Thiele LIX – 9790N Figura 13: Diagrama McCabe Thiele ACORGA M5640
Thiele, graficados para los
orgánicos LIX – 984N, LIX – 9790N y Acorga M5640 muestran que el número de extracciones de cobre deben ser 2 etapas.
Asimismo, el cobre en la solución acuosa después de la primera extracción del orgánico Acorga registra una concentración
de 1,2 g/l (Figura 13) esta concentración es mayor cuando se trabaja con los orgánicos LIX – 984N y LIX – 9790N a 1,75 y 2
g/l respectivamente (Figura 11 y 12).
Efecto del pH
El pH de la solución PLS tiene influencia en la extracción del cobre y además controlar la co – extracción de otros
elementos como el hierro, para tal influencia se realizó pruebas de extracción con los compuestos orgánicos LIX – 984N,
LIX – 9790N y ACORGA M5640 a pH’s de 0,76; 1,1; 2; 2,5 a temperatura ambiente y relación O/A igual a 1/1. La variación del pH
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23
se realizó con ácido sulfúrico del 96 % de pureza para bajar a 0,76 e hidróxido de sodio para subir el pH hasta valores de 2
y 2,5 evitando la formación de precipitados. La medición del pH se realizó con el multiparamétrico previamente calibrado.
Figura 14: Curvas de extracción Cu LIX – 984N Figura 15: Curvas de extracción Cu LIX – 9790N Figura 16: Curvas de extracción Cu Acorga M5640
En las Figuras 14, 15 y 16 se observan la extracción de cobre con los datos obtenidos experimentalmente para diferentes
valores de pH.
El efecto del pH en las extracciones por solventes de LIX – 984N, LIX – 9790N y Acorga indican que a mayor pH mayor es
la concentración de cobre en la fase orgánica.
Isotermas de extracción
Las isotermas de extracción se construyeron para poder determinar el pH adecuando de extracción del Cobre, para
evitar la co-extracción del hierro (como principal impureza del cobre), para lo cual las gráficas se construyó con las
concentraciones de cobre y hierro presentes en el orgánico respecto a la variación de pH, este efecto es graficado en las
Figuras 17, 18 y 19.
Figura 17: Isotermas de extracción LIX – 984N Figura 18: Isotermas de extracción LIX – 9790N Figura 19: Isotermas de extracción ACORGA M5640
En la Figura 17, se observa la extracción del cobre realizado con LIX 984N y el rango de pH adecuado es de 1 a 1,5 para
obtener que la co-extracción del hierro será mínima y evitar la presencia de hierro en el proceso posterior de electro
obtención.
En la Figura 18, la extracción de cobre fue realizado con LIX – 9790N donde el rango de pH es más limitada para la
purificación del cobre, la co-extracción del hierro ocurre a partir de pH 1,1, para lo cual con este orgánico se debe trabajar
con un pH de 1 a 1,2 para evitar la co-extracción.
De manera similar a las Figuras 17 y 18 en la Figura 19 se observa el efecto del pH en la extracción del cobre con ACORGA
M5640, siendo el rango de trabajo de pH igual a 0,9 – 1,6.
Efecto de la temperatura
El efecto de la temperatura, se estudió para observar la extracción de cobre con la variación de la temperatura, para este
propósito se tomó en cuenta tres temperatura, 2 ºC (temperatura aproximada en la época de invierno en el Altiplano), 15
y 30 ºC, (temperatura elevada que alcanza en el Altiplano de La Paz).
Según las pruebas realizadas con cada compuesto orgánico, se obtuvieron las Figuras 20, 21 y 22.
Figura 20: Efecto de la temperatura LIX – 984N Figura 21: Efecto de la temperatura LIX – 9790N Figura 22: Efecto de la temperatura ACORGA M5640
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Los resultados de extracción mostrados en las Figura 20, 21 y 22 indican que es más rápida cuando se trabaja a temperaturas
elevada con una mayor concentración de cobre en la fase orgánica.
Asimismo, cuando se trabaja a una temperatura de 2 a 15 ºC, la extracción no varía notablemente en comparación a
cuando se realiza la extracción a 30 ºC donde los resultados son más elevados 3,3872, 3872 y 3.31 g/l con los orgánicos LIX
984N, LIX 9790N y ACORGA M5640 respectivamente.
Cinética de extracción
La cinética de extracción con los tres compuestos orgánicos, fue determinada mediante la ecuación de velocidad de
reacción a diferentes condiciones, con los pH’s obtenidos por el equipo y posteriormente calcular las concentraciones de
cobre en el orgánico.
En este estudio se determinó el orden de reacción en la extracción por solventes mediante el método integral para
obtener el modelo de las curvas cinéticas a las cuales se ajusta el proceso.
Dónde:
n: orden de reacción
k: constante cinética aparente
La integración de la ecuación es:
Las constantes n y k fueron determinadas experimentalmente con las pruebas de extracción solventes con diferentes
orgánicos.
Cinética LIX – 984N
Los resultados obtenidos en las pruebas experimentales fueron considerados para determinar el orden de reacción,
siendo para el compuesto orgánico LIX – 984N n = 1,8; con este valor la integración de la ecuación (4.6) es la siguiente:
De la ecuación anterior los términos del primer miembro representan el eje de las ordenadas y el tiempo en el eje de las
abscisas. Los modelos de la velocidad se obtuvieron con los datos experimentales.
Las constantes cinéticas aparentes determinadas se resumen en la Tabla 2.
Tabla 2: Constantes cinéticas apa- Tabla 3: Constantes cinéticas aparentes Tabla 4: Constantes cinéticas aparentes
para diferentes condiciones Agora M5640
rentes para diferentes condiciones para diferentes condiciones LIX – 9790N
LIX – 984N
Condiciones Coefi- Condiciones Coefi- Condiciones Coefi-
ciente ciente ciente
de corre 0,8 0,002500 de corre 0,0062 de corre
lación 0,9 0,003000 lación 0,0072 lación
1 0,004000 0,0090
R2 O/A 0,006583 R2 0,8 0,0180 R2
1,2 0,006250 0,9339 0,0168 0,9934
0,8 0,00413 0,9816 2 0,024167 0,9649 0,9 0,1514 0,9875
5 0,001167 0,9787 0,0050 0,9927
0,9 0,00363 0,9951 0,76 0,003917 0,98 1 0,0090 0,9739
1,1 0,008833 0,982 1,2 0,0158 0,9604
O/A 1 0,00375 0,988 pH 0,005583 0,9707 O/A 0,0226 0,9989
1,2 0,00513 0,9812 2 0,003417 0,9859 0,0056
2,5 0,9825 2 0,9801
2 0,00675 0,9624 2 ºC 0,9901 0,0090
0,9768 5 0,9914
5 0,05613 0,9682 0,9816 0,0182 0,9951
0,9632
0,76 0,00263 0,9835 0,76
0,9847
pH 1,1 0,00388 0,9898 pH 1,1
2 0,00863 0,9662 2 0,9919
2,5
2,5 0,01500 0,974 0,9893
2 ºC 0,00363 0,9733 2 ºC
Tem- 15 0,00388 0,9898 Tem- 15 ºC 0,004417 0,9831 Tem- 15 ºC
peratura ºC peratura
peratura
30 0,01600 0,9935 30 ºC 0,008417 0,9905 30 ºC
ºC
El orden determinado es 1,8 para el orgánico LIX – 984N.
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
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Cinética LIX – 9790N
Los resultados obtenidos fueron considerados para determinar el orden de reacción, siendo para el compuesto orgánico
LIX – 9790N n = 2,2; con este valor la integración es la siguiente:
De la ecuación anterior los términos del primer miembro representan el eje de las ordenadas y el tiempo en el eje de las
abscisas. Los modelos de la velocidad se obtuvieron con los datos experimentales.
Las constantes cinéticas aparentes determinadas se resumen en la Tabla 3.
Cinética ACORGA M5640
Para determinar el orden de reacción, a partir de los datos obtenidos experimentales para el compuesto orgánico Acorga
M5640, el valor es n = 1,5; con este valor la integración es la siguiente:
De la ecuación anterior los términos del primer miembro representan el eje de las ordenadas y el tiempo en el eje de las
abscisas. Los modelos de la velocidad se obtuvieron con los datos experimentales.
Las constantes cinéticas aparentes determinadas se resumen en la Tabla 4.
El orden de reacción determinado para el extractante Acorga M5640 es de 1,5 este se determinó por mínimos cuadrados.
La cinética de extracción por solventes orgánicos analizando los efectos de relación O/A, pH y la temperatura el orden
determinado varía desde 1.5 a 2.2. Asimismo comparando las constantes cinéticas aparentes mostrados en las Tablas 2, 3
y 4, se observa que estas constantes son valores mayores cuando se trabaja con el extractante Acorga a comparación con
los compuestos orgánicos LIX – 984N y LIX – 9790N. También se determinó los coeficientes de correlación de las rectas
ajustadas donde son próximos a la unidad.
Conclusiones
De las pruebas realizadas y los resultados obtenidos de la extracción por solventes con los compuestos orgánicos LIX –
984N, LIX – 9790N y Acorga M5640 a diferentes condiciones, las conclusiones son las siguientes:
El efecto de la variación de la relación O/A influye en la recuperación de cobre, a mayor relación O/A de 5/1 más rápida
la velocidad de extracción a comparación con la extracción a una relación O/A de 0,8/1, según las gráficas construidas se
debe trabajar con una relación O/A de 0,9/1 a 1/1, en este rango la recuperación de cobre son muy cercanos (75,6 % a 80,7
%) sin embargo a una relación O/A de 5/1 la recuperación de cobre es aproximadamente del 99 %, pero en la industria no
se puede trabajar con esta relación ya que sería antieconómico por el gran consumo del compuesto orgánico.
La co – extracción del hierro con LIX – 984N llegó a 0,75 g/l, con LIX – 9790N con 2,29 g/l y con el solvente Acorga M5640 la
co – extracción llegó a 0,67 g/l, indicándonos que el orgánico Acorga M5640 y LIX – 984N son más selectivos para el cobre
con la menor co – extracción del hierro.
Para evitar la co – extracción del hierro se construyeron las isotermas de extracción, (concentración vs pH), según estos
diagramas se considera un rango adecuado de pH 0,9 a 1,6 conseguido con el orgánico Acorga M5640 mostrando menor
co-extracción a pH´s 1 a 1,5 cuando fue usado el orgánico LIX – 984N y con el compuesto LIX 9790N el rango de pH quedó
de 1 a 1,2.
En la variación de la temperatura, cuando se trabaja a 2 o 15 ºC la concentración y recuperación de cobre en la fase
orgánica son similares, por lo que se puede trabajar en este rango de temperatura.
El orden de reacción de las pruebas realizadas se ajusta al orden de 1,8 para LIX – 984N; 2,2 para LIX – 9790N y 1,5 para el
extractante Acorga M5640. Los modelos matemáticos son las siguientes:
Para LIX – 984N:
Para LIX – 9790N:
Para Acorga M5640:
Con el orden de reacción de cada compuesto orgánico determinado, se puede realizar el diseño de los mezcladores
primarios y secundario; asimismo sugerir a la Empresa Minera Corocoro recalcular los flujos de alimentación de las fases
orgánico y acuoso de la unidad SX.
Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
26
Para una relación O/A de 0,9/1 la constante cinética para el orgánico Acorga es 0,0072 siendo mayor comparado con
las constantes cinéticas de los otros reactivos que son 0,003 para LIX – 9790N y 0,00363 para el orgánico LIX – 984N, esto
permite afirmar que la extracción solvente de cobre con el orgánico Acorga es más rápida.
Según los diagramas McCabe Thiele el número de extracciones para los orgánicos LIX – 984N, LIX – 9790N y ACORGA M5640
deben ser 2 etapas y la diferencia de utilizar el extractante Acorga es su rapidez en la extracción del cobre en la fase
orgánica y en la primera etapa se recupera la mayor cantidad de cobre.
Según los resultados mostrados, las condiciones de operación para los orgánicos utilizados son:
Para LIX – 984N:
Rango de pH: 1 – 1,5
Relación O/A: 1
Numero de etapas: 2
Temperatura: debe ser mayor a 1 ºC a la temperatura ambiente normal de La Paz, (A temperaturas bajo cero la viscosidad
del orgánico es mayor)
Tiempo: 237 segundos
Para LIX – 9790N:
Rango de pH: 1 – 1,2
Relación O/A: 1
Numero de etapas: 2
Temperatura: debe ser mayor a 1 ºC a la temperatura ambiente normal de La Paz, (A temperaturas bajo cero la viscosidad
del orgánico es mayor)
Tiempo: 219 segundos
Para ACORGA M5640:
Rango de pH: 1 – 1,6
Relación O/A: 0,9 a 1
Numero de etapas: 2
Temperatura: debe ser mayor a 1 ºC a la temperatura ambiente normal de La Paz, (A temperaturas bajo cero la viscosidad
del orgánico es mayor)
Tiempo: 187 segundos
Referencias Bibliográficas
1. Andrés, R. I. (1994). Fundamentos y aplicaciones de la extracción por solventes en la industria del cobre. Chuquicamata-
Chile.
2. A. VIGNES, 2011, Extractive Metallurgy 1: Basic Thermodynamics and Kinetics, ISTE Ltd, London, and John Wiley & Sons,
New York.
3. A. Vignes, 2011, Extractive Metallurgy 3: Processing Operations and Routes, ISTE Ltd, London, and John Wiley and Sons,
New York.
4. Chambi V. L. (2005) Cuaderno de hidrometalurgia, Facultad de Ingeniería - UMSA
5. Corporation, C. (2001). The Chemistry of Metals Recovery Using LIX Reagents. Tucso, Arizona USA.
6. Habashi, 1997, Handbook of extractive metallurgy, the cooper, Volumen III, paginas 1599 – 1649
7. Moreno, A. R. (2009). EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES EN LA SEPARACIÓN Y RECUPERACIÓN DE METALES.
8. Poblete G./ Sergio Cruz C, (Diciembre 2015) BASF Mining Solutions. PERFIL METALÚRGICO SX
9. Poblete, M. A. (MARZO 2007). CONTROL DE HIERRO EN EL CIRCUITO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES. TESIS - SANTIAGO
DE CHILE, 107.
10. Programa de computación: HSC Chemistry (2006), Chemical Reaction and Equilibrium Software. Outo Kumpu Research
Oy Antii Roine.
11. R. Kapa (2016) Practicas Industriales, Empresa Minera Corocoro – COMIBOL
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
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Modelado y simulación de la
síntesis por coprecipitación de
LINIXMNYCOZO2 (NMC) como material
catódico
Autor: Elvis Teddy Ochoa Choque
Tutor: Ing. Juan Carlos Montenegro Bravo
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés UMSA
2017
Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
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MODELADO Y SIMULACIÓN DE LA SINTESIS POR COPRECIPITACIÓN
DE LiNixMnyCozO2 (NMC) COMO MATERIAL CATÓDICO
Autor: Univ. Elvis Teddy Ochoa Choque
Tutor: Ing. Juan Carlos Montenegro Bravo
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales, Universidad Mayor de San Andrés UMSA
Elaborado en 2017
[email protected]
RESUMEN
En el presente trabajo se realiza el modelado y la simulación de la síntesis de materiales catódicos NMC vía coprecipitación,
para obtener resultados a priori de la influencia de las principales variables del proceso a analizar como el pH, la
temperatura, la concentración de NH4OH y el tiempo de calcinación. En este sentido se desarrolló el simulador denominado
“SíntesisNMCsimulator” en MATLAB, con la ayuda de modelos matemáticos que describen el proceso desde el punto de
vista termodinámico en la etapa de coprecipitación dada en la unidad CSTR y la etapa de calcinación para obtener
finalmente el material catódico LiNixCOyMnzO2. Los resultados generados por simulación del modelo termodinámico
del proceso, han brindado respuestas útiles en cuanto a la composición de la formula química del precursor básico
LixCoyMn2(OH)2 y el LiNixCOyMn2O2 obtenido.
Palabras clave: Coprecipitación, Simulación, Oxido de Níquel-Cobalto-Manganeso Litio.
MODELING AND SIMULATION OF THE SYNTHESIS BY COPRECIPITATION OF LiNixMnyCozO2 (NMC) AS CATHODIC MATERIAL
ABSTRACT
In the present work the modeling and simulation of the synthesis of NMC cathodic materials via coprecipitation is
carried out, in order to obtain results to priori of the main influence variables of the process to be analyzed as the
pH, the temperature and the concentration of NH4OH and the time of calcination. In this sense, the simulator called
“SynthesisNMCsimulator” was developed in MATLAB, with the help of mathematical models that describe the process
from the thermodynamic point of view in the coprecipitation stage given in the CSTR unit and the stage of calcination
to obtain the finally cathodic material LiNixCOyMnzO2. The results generated by simulation of the thermodynamic model
of the process have provided useful answers regarding the composition of the chemical formula of the basic precursor
LixCoyMn2(OH)2 and LiNixCOyMn2O2 obtained.
Keywords: Coprecipitation, Simulation, Nickel-Cobalt-Manganese Lithium Oxide.
INTRODUCCIÓN
Los acumuladores de energía (baterías), son aquellos elementos que almacenan energía eléctrica para que el equipo
funcione sin estar enchufado constantemente. Existen distintos tipos, como las pilas (compuestas normalmente por una
celda), los condensadores o supercondensadores y las baterías (compuestas de varias celdas agrupadas) [1] [2].
Mucho han avanzado en complejidad y prestaciones desde que Alessandro Volta inventara la pila en 1800 o el acumulador
eléctrico creado 3 años después por Johann Wilhelm Ritter. Muchos materiales se han empleado desde entonces: ácido-
plomo, pila-seca, mercurio y otros metales pesados altamente tóxicos y contaminantes, Ni-Cd, Fe-Ni, Ni-MH, litio y
finalmente las de iones de litio [3].
La primera generación de baterías de ion-litio utilizaba LiCoO2 como cátodo. Sin embargo, actualmente se utilizan como
materiales catódicos una amplia variedad de compuestos de litio, tales como LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNixMnyCozO2 (NMC),
LiNixCoyAlzO2 (NCA) y LiFePO4 [4].
En los últimos años, se ha empelado LiNixMnyCozO2 como material catódico en baterías de Ion litio, por su
alta capacidad, buena estabilidad térmica y bajo costo comparado con el LiCoO2. El método de síntesis por
coprecipitación ha sido empleado eficientemente para preparar estos materiales por vía liquida. La homogeneidad
y morfología de las partículas del material catódico LiNixMnyCozO2 sintetizado dependen en gran manera de
las condiciones de síntesis empleadas durante la coprecipitación del hidróxido precursor NixMnyCoz(OH)2 [5].
En el presente trabajo se realiza la simulación del proceso de síntesis por coprecipitación y posterior calcinación, que
influyen en las características principales del material catódico obtenido y se compara con los resultados reportados en
investigaciones de referencia.
METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO
Este proceso de síntesis se lleva a cabo primero en la unidad CSTR, ingresan en el reactor una solución de sulfatos NiSO4,
CoSO4 y MnSO4 en proporción molar Ni:Co:Mn=1:1:1 y la solución básica de NH4OH y NaOH, para obtener el precursor básico
Ni1/3Mn1/3Co1/3(OH)2. Este precursor básico es mezclado con cantidades adecuadas de LiOH para posteriormente pasar
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
29
a la etapa de calcinación donde finalmente se obtiene el material catódico LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, este proceso de síntesis
puede ilustrarse de manera clara en la Figura 1 [5] [6]. Los parámetros pH, temperatura y concentración de NH4OH son
considerados en el análisis por simulación del sistema en el presente trabajo.
Aplicamos un sistema de simulación determinístico, a partir de los modelos termodinámicos de equilibrio presentes
en la etapa de coprecipitación en medio acuoso (Tabla 1 y Ec. (1), (2) y (3)), las constantes de equilibrio en función de
la temperatura aplicadas al sistema de simulación se obtuvieron a partir de la base de datos de HSC 6.0 Chemistry.
Resolviendo por simulación el equilibrio presente en función del pH, concentración de NH4OH y temperatura para la
coprecipitación, determina la concentración de las especies presentes en la unidad CSTR una vez terminado el proceso
de síntesis del precursor Ni1/3Mn1/3Co1/3(OH)2 y la cantidad de hidróxido y su composición química obtenidos en esta etapa.
Tabla 1. Equilibrios y balances de masa resueltos para determinar la concentración de las especies presentes en el reactor CSTR a
diversos valores de pH (M representa a Ni, Co y Mn) [7].
Reacciones de equilibrio k
M2+ + NH3 = [M(NH3)]2+ K1
M2+ + 2NH3 = [M(NH3)2]2+ K2
M2+ + 3NH3 = [M(NH3)3]2+ K3
M2+ + 4NH3 = [M(NH3)4]2+ K4
M2+ + 5NH3 = [M(NH3)5]2+ K5
M2+ + 6NH3 = [M(NH3)6]2+ K6
NH3 + H2O = NH42+ + OH¯ Kb
M(OH)2 = M 2+ + 2OH¯ Ksp
H2O = H+ + OH¯ Kw
Figura 1. Esquema del proceso de síntesis de materiales catódicos NMC aplicado
al proceso de simulación
CM 2+ = [ Cu+2 ] + [ M(NH3)2+] + [M(NH3)22+] + [ M(NH3)32+] + [ M(NH3)42+] + [ M(NH3)52+] + [ M(NH3)62+] ... (1)
CNH2 = [ NH3 ] + [ M(NH3)2+] +2[M(NH3)22+] + 3[ M(NH3)32+] + 4[ M(NH3)42+] + 5[ M(NH3)52+] + 6[ M(NH3)62+] ... (2)
M(OH)2 + nNH3 → [ M(NH3)n2 +] + 2OH - ... (3)
Para la simulación de la etapa de calcinación, se aplicaron modelos desarrollados a partir de las investigaciones
de Whittingham M. S. [8] y Zhu J. [3], a partir de un ajuste de curvas aplicados a los resultados presentados en estas
investigaciones se determinaron los modelos necesarios que predicen la influencia de la composición del material
catódico obtenido en los parámetros de red c, a y c/3a (Figura 4) y la influencia del tiempo y temperatura de calcinación
en el crecimiento de partícula del material catódico durante la calcinación (Figura 2 y Figura 3), para ser aplicados en el
sistema de simulación completa del proceso de síntesis.
Figura 2. Grafica de ajuste curva Temperatura y el parámetro Figura 3. Grafica de ajuste curva Temperatura y el parámet-
de crecimiento de grano 1/n. ro de crecimiento de grano ln k.
El modelo aplicado para determinar el tamaño de partícula en función de la temperatura y el tiempo está dado por:
D - D0 = kt1/n ... (4)
Donde tano el parámetro 1/n y k pueden ser determinados por ajuste de los datos presentados en la Figura 2 y la Figura
3 según las ecuaciones:
1/n = 2.6 x 10-10r4 - 8.88 x 10-7 r3 + 1.13 x 10 -3 r2 - 0.63 r + 131.84... (5)
ln k = 2.79 x 10-9r4 - 9.52 x 10-6 r3 + 1.21 x 10 -2 r2 - 6.74 r + 1396.78 ... (6)
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Figura 4. (a), (b) y (c) Parámetros de red y la relación c/3aE para LiNiyMnzCo1-y-zO2 estratificado y (d) relación c/3a para el LiNiyMnyCo1-2yO2
simétrico [8].
Para los parámetros de red y la composición del material catódico se obtienen las ecuaciones de ajuste a la Figura 4a:
a = 2.8899 - 8.96 x 10-2 Co ...(7)
c = 14.2784 - 1.13 x 10-1 Co ...(8)
Las ecuaciones que representan el modelo ajustado a los datos de la Figura 4b están dados por:
a = 2,8838 - 7.05 x 10-2 Co ...(9) c = 14.3254 - 2.80 x 10-1 Co ...(10)
Cuando la composición química del precursor es simétrica se puede aplicar la ecuación ajustada a partir de los datos
presentados en la Figura 4c:
c/3a = - 7.05 x 10-1 Co4 + 7.24 x 10-1 Co3 - 2.65 x 10-1 Co2 - 0.063 Co + 1.649 ...(11)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con modelos presentados es posible simular el proceso de síntesis y predecir las principales características del material
catódico sintetizado bajo distintas condiciones de síntesis. Para este fin no fue posible aplicar simuladores comercialmente
conocidos como ASPEN PLUS y CHEMCAD, de esta manera se desarrolló un simulador especifico por programación en la
plataforma MATLAB R2017a, se denominó a este simulador “SintesisNMCsimulator” de tipo determinístico, disponible como
programa ejecutable EXE [9] [10] [11].
Para validar los resultados obtenidos por medio del simulador se procedió a comparar con los resultados obtenidos en el
trabajo de investigación de Bommel y Dahn [7], obteniéndose resultados aproximados tanto en la tendencia como en el
comportamiento de los resultados obtenidos por simulación. Esta afirmación puede observarse en la Figura 5.
Figura 5. Resultados gráficos para la suma de especies complejas formadas a) de referencia [7] y b) obtenidos por medio de la
simulación.
Efecto del pH
Se efectuó la simulación en “SintesisNMCsimulator” para valores de pH de 1 a 14, concentración de NH4OH de 1 M,
concentración de sulfatos de 2 M en relación molar de NI:Co:Mn=1:1:1 a 60 °C. Los resultados para la concentración de
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31
complejos formados pueden verse en la Figura 6, donde para valores de pH menores a 7, predominan las especies complejas
en el equilibrio. Es necesario elevar el pH de la coprecipitación para obtener un precursor hidróxido de composición
homogénea según la Figura 7.
X|Figura 6. Concentración total de las especies complejas Figura 7. Contenido de Ni, Co y Mn en la fórmula química del
formadas a 60 °C y 1 M de NH4OH NixCoyMnz(OH)2 precipitado obtenido a 60 °C y 1 M de NH4OH
Efecto de la temperatura
Se realiza la simulación para temperaturas desde 0 a 100 °C, concentración de NH4OH de 1 M, concentración de sulfatos
de 2 M en relación molar de NI:Co:Mn=1:1:1. Bajo estas condiciones puede verse según la Figura 8 que la concentración
de las especies formadas en el equilibrio en medio acuoso disminuye mientras más se incrementa la temperatura de
coprecipitación, lo que representa un incremento en la cantidad y homogeneidad del precipitado solido formado bajo
estas condiciones (Figura 9).
Figura 8. Concentración total de las especies complejas formadas a Figura 9. Contenido de Ni, Co y Mn en la fórmula química del
pH 11 y 1 M de NH4OH NixCoyMnz(OH)2 precipitado obtenido a pH 11 y 1 M de NH4OH.
Efecto de la concentración de NH4OH
Se tiene las condiciones iniciales de pH de 11, concentración de NH4OH de 1 M a 6 M, concentración de sulfatos de 2 M
en relación molar de NI:Co:Mn=1:1:1 a 60 °C. Según los resultados gráficos presentados en la Figura 10, puede afirmarse
que el incremento de la concentración del agente acomplejante tiene un efecto claro sobre la concentración de especies
complejas formadas en el equilibrio, favoreciendo su estabilidad. Como se forman especies complejas de los metales
de transición NI, Co y Mn en mayor proporción en el medio acuoso, la cantidad y proporción de precipitado formado
disminuye, desviando la composición química del hidróxido obtenido en la coprecipitación Figura 11.
Figura 10. Concentración total de las especies complejas formadas Figura 11. Contenido de Ni, Co y Mn en la fórmula química del
a pH 11 y 60 °C. NixCoyMnz(OH)2 precipitado obtenido a pH 11 y 60 °C.
Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
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Si efectuamos un análisis de simulación con la variación del pH y la concentración del acomplejante NH4OH a 60 °C,
observaremos que a medida que se incrementa la concentración del acomplejante, se amplía el área de estabilidad de
las especies complejas de Ni, Co y Mn (Figura 12), esto representa que el pH necesario para que inicie la precipitación de
un precursor de composición homogénea haya que incrementarse para lograr este propósito.
Figura 12. Graficas de superficie de la concentración de especies complejas formadas en función del pH y la concentración de NH4OH a) Níquel, b) Cobalto,
c) Manganeso
Por otra parte incrementar el pH por encima de 11, hace que el tamaño de las partículas de hidróxido obtenido sea mucho
más pequeño [6]
Para las condiciones simuladas, se puede apreciar según las gráficas de contorno de la Figura 13 el efecto del pH y la
concentración de NH4OH sobre la composición del precursor, que mientras más baja se mantiene la concentración de
NH4OH, el pH requerido para que se inicie la precipitación de los hidróxidos no sufre modificación, pero al incrementarse
el pH de precipitación para un hidróxido de composición homogénea se incrementa.
Figura 13. Gráficas de contorno de la composición en la fórmula química del precursor hidróxido NixCoyMnz(OH)2 a 60 °C, a) x para el Níquel, b) y para el
Cobalto y c) z para el Manganeso.
Simulación completa del proceso de síntesis
Una vez analizado el efecto de las variables pH, NH4OH y temperatura de coprecipitación, se procede a simular el proceso
completo, para ello, se consideran los parámetros de entrada analizados en las investigaciones de referencia de Lee et al.
[6] y Chuan Yue et al. [5], resumidas en la Tabla 2. Bajo estas condiciones de síntesis se analizan los resultados brindados
por “SintesisNMCsimulator” presentados en la Tabla 3 y Tabla 4.
Simulación completa del proceso de síntesis
Una vez analizado el efecto de las variables pH, NH4OH y temperatura de coprecipitación, se procede a simular el proceso
completo, para ello, se consideran los parámetros de entrada analizados en las investigaciones de referencia de Lee et al.
[6] y Chuan Yue et al. [5], resumidas en la Tabla 2. Bajo estas condiciones de síntesis se analizan los resultados brindados
por “SintesisNMCsimulator” presentados en la Tabla 3 y Tabla 4.
La concentración de las especies químicas presentes en el equilibrio en medio acuoso en la primera etapa está dadas en
la Figura 14, para ambas condiciones iniciales de síntesis. El bajo valor de concentración de estas especies, nos indica que
la mayor parte de los reactivos ingresados están presentes en estado sólido precipitados en forma de hidróxidos para las
condiciones de síntesis mencionadas.
Los resultados presentados en la Tabla 3 indican que para las condiciones de síntesis simuladas, puede obtenerse un
material catódico de composición LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 muy próximo a lo esperado.
Las características principales del material catódico obtenido según el proceso de simulación se presenta en la Tabla 4,
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
33
para ambas condiciones de síntesis aplicadas, se pudo obtener un parámetro estructural de red c/3a mayor a 1.633, típico
de las estructuras cubicas compactas, lo cual confirma la presencia de una estructura de tipo hexagonal estratificada que
repercute en bunas propiedades electroquímicas presentes (6). El porcentaje de crecimiento del tamaño de partícula
obtenido al final de la etapa de calcinación fue mayor para una temperatura de 1000 °C y menor para una temperatura
de 950 °C. Esto confirma la directa influencia de la temperatura de calcinación sobre el tamaño de partícula del material
catódico obtenido por calcinación según los modelos aplicados en la simulación de esta etapa.
Tabla 2. Condiciones de la simulación de coprecipitación y Tabla 3. Fórmula química del material catódico resultante de la simulación.
calcinación [6] [5].
Material catódico
Variable de entrada Lee Chuan- Lee Li1-1,07Ni0.3333Co0,3333Mn0,3333O2
Yue Chuan-Yue Li1-1,08Ni0.3320Co0,3339Mn0,3340O2
Concentración de NiSO4 [M] 2/3 2/3 Tabla 4. Principales características del material catódico obtenido por medio de
la simulación.
Concentración de CoSO4 [M] 2/3 2/3
Concentración de MnSO4 [M] 2/3 2/3
Volumen de la solución de sulfatos [L] 1 1
Concentración de NH4OH [M] 0.36 5.4 (Sc) Características del material catódico Lee Chuan-Yue
Concentración de NaOH [M] 22 Parámetro c/3a 1.6588 1.6589
Volumen de la solución básica [L] 11 Tamaño de partícula [um] 11.1823 10.8068
Volumen del reactor [L] 4 4 %crecimiento de la partícula durante 10.5732 7.4661
Temperatura de reacción [°C] 60 60 la calcinación
Tiempo de maduración [Horas] 12 12 20.2047
pH 11 11 %Ni 20.2822 20.4031
Exceso molar de Litio [%] 7.5% 8% 19.0230
Temperatura de calcinación [°C] 1000 950 %Co 20.3651 59.6307
%Mn 18.9845
Ni+Co+Mn 59.6317
Tiempo de calcinación [Horas] 10 10 Comparamos los resultados obtenidos por medio de la
Tamaño de partícula del precursor [um] 10 simulación y los resultados reportados en las investigaciones
10 de referencia, estos se resumen en la Tabla 5. La diferencia
porcentual entre los valores simulados y los de referencia de la relación c/3a son de 0.0036% y 0.114% respectivamente.
Una diferencia tan pequeña indica que la simulación nos da una muy buena aproximación de este parámetro.
Los tamaños de partículas obtenidos tienen una diferencia porcentual entre el valor de referencia y el simulado de
2.76% y 9.94% respectivamente. Las estimaciones del tamaño de partícula de referencia fueron realizadas a partir de las
fotografías SEM, asumiendo un tamaño uniforme de partícula obtenido. A los rangos de temperaturas simulados de 950°C
y 1000°C el crecimiento cristalino es controlado por la difusión de los iones a lo largo de límite matriz-partícula [3]. El
tamaño de partícula influye no solo en las propiedades electroquímicas, además repercute en la densidad tap del polvo
obtenido, ya que depende de una buena distribución de tamaños de partículas el buen empaquetamiento de los mismos.
La densidad tap del polvo NMC obtenido define la capacidad volumétrica del material catódico, por tanto materiales
más densos tendrán una mayor capacidad [5]. El proceso de simulación realizado para determinar el crecimiento que
experimenta las partículas del precursor durante la calcinación depende del tiempo y la temperatura de calcinación,
mientras más alta temperatura de calcinación hay un mayor crecimiento de las partículas.
Tabla 5. Comparación de los resultados del parámetro reticular c/3a y tamaño de partícula obtenidos por medio de la simulación y en las investigaciones
de los autores de la referencia [6] [5].
Parámetro Lee Simulado Chuan-Yue Simulado
c/3a 1.65886 1.6588 1.65701 1.6589
Tamaño 11.5 11.1823 12 10.8068
[um]
CONCLUSIONES
Para obtener un precursor NMC de composición NI1/3Co1/3Mn1/3(OH)2 empleando el programa “SintesisNMCsimulator”, la
coprecipitación debe llevarse a cabo bajo las siguientes consideraciones: pH≥10.5, Temperaturas≥51 °C y Concentraciones
molares de NH4OH≤1.5. El material catódico obtenido por simulación, por su estructura estratificada hexagonal presenta
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mejores propiedades electroquímicas que las estructuras cubicas compactas para otras composiciones de materiales
NMC. Para el proceso simulado se verifica que el crecimiento del tamaño de partícula del material NMC en la calcinación
depende en mayor grado de la temperatura que del tiempo de calcinación.
La plataforma MATLAB R2017a permitió desarrollar el programa de simulación “SintesisNMCsimulator” aplicado a la síntesis
de materiales catódicos NMC, a diferencia de programas comerciales de simulación.
Los resultados obtenidos por simulación de la síntesis de materiales NMC, son aproximados a los resultados experimentales
obtenidos en las investigaciones de referencia.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. BENGOECHEA, M. y MIGUEL, O. Acta Cientifica y Tecnológica. N° 19, Madrid-España : Asociacion Española de Cientificos,
2011, págs. 10-14.
2. NIEVES CASTAÑA, P. y GOMEZ ROMERO, P. Baterias de Litio la Alternativa al Plomo y al Cadmio. Barcelona : Instituto de
Ciencia de Materiales de Barcelona, 1996. págs. 1-3.
3. ZHU, J. Synthesis, Characterization and Performance of Cathodes for Lithium Ion Batteries. UC Riverside Electronic Theses
and Dissertations. [En línea] 2014. [Citado el: 20 de Abril de 2017.] http://escholarship.org/uc/item/6kj466zr.
4. GRANTZ, E., APELIAN, D. y WANG, Y. A Closed Loop Process for Recycling Spent Lithium Ion Baterries. s.l. : J. PowerSources,
2014, Vol. 262. págs. 255-262.
5. CHUAN-YUE, H., y otros. Effects of Synthesis Conditions on Layered Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 Positive-Electrode Via Hydroxide
Co-precipitation Method for Lithium-ion Batteries. Transactions of Nonferrous Metals Society of China ScienceDirect. [En
línea] 10 de Mayo de 2010. [Citado el: 17 de Febrero de 2017.] www.sciencedirect.com.
6. LEE, M., y otros. Synthetic Optimization of Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 Via Co-precipitation. ELSEVIER Electrochimica Acta 50.
[En línea] 11 de Septiembre de 2004. [Citado el: 14 de Octubre de 2016.] www.sciencedirect.com.
7. BOMMEL, A. y DAHN, J. Analysis of the Growth Mechanism of Coprecipitated Spherical and Dense Nickel, Manganese,
and Cobalt-Containing Hydroxides in the Presence of Aqueous Ammonia. Department of Chemistry and Department of of
Physics and Atmospheric Science. [En línea] 19 de Febrero de 2009. [Citado el: 30 de Marzo de 2017.] www.sciencedirect.com.
8. WHITTINGHAM, M. S. Lithium Batteries and Cathode Materials. New York EE.UU. : Department of Chemistry and Materials
Science, State University of New York, 2004.
9. HOLLY, MOORE. MATLAB® para Ingenieros. México : PEARSON EDUCACIÓN, 2007.
10. FORD, J. Inproved Algorithms of Illinois-Type for the Numercial Solution of Nonlinear Equations. s.l. : Technical Reports,
University of Essex, 1995.
11. BURDEN, L. y DOUGLAS, F. Análisis Numérico. s.l. : Cengage Learning Latín América, 2007.
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Enriquecimiento de sales de
sulfato de litio Provenientes de la
última piscina de Concentración de
las salmueras del salar de uyuni
Univ. Vivian Gutiérrez Flores
Tutor: M.Sc. Ing. Jaime A. Rocha Valenzuela
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
2017
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ENRIQUECIMIENTO DE SALES DE SULFATO DE LITIO
PROVENIENTES DE LA ÚLTIMA PISCINA DE CONCENTRACIÓN
DE LAS SALMUERAS DEL SALAR DE UYUNI
Univ. Vivian Gutiérrez Flores
Tutor: M.Sc. Ing. Jaime A. Rocha Valenzuela
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
[email protected]
Resumen
El presente trabajo de investigación se llevó adelante con el fin de estudiar la eliminación parcial o total del Mg como
cloruro y/o sulfato a partir de las sales de Li2SO4 provenientes de la última piscina de concentración de las salmueras del
Salar de Uyuni, para esto, se estudió la solubilidad en agua de cada uno de los posibles compuestos que pudieran estar
presentes en estas sales y aprovechar la diferencia de solubilidad entre estas.
Con las sales de estudio, se procedió inicialmente a la caracterización, donde se determino que la composición mostraba
una razón Mg/Li de 6.8/1, por tanto, era necesario realizar ensayos de lavado por agitación magnética tomando en cuenta
las siguientes variables independientes: tiempo de lavado, razón sal/agua y temperatura. La velocidad de agitación se
mantuvo constante.
Los mejores resultados obtenidos en los ensayos de lavado fueron a 5 min, razón sal/agua de 2.4/1 y 45 °C de temperatura,
obteniendo una sal con una razón Mg/Li de 0.9/1, con una solubilidad del Mg muy alta originando una distribución del
orden de 87.4%, y una pérdida de litio del 41.4%.
Palabras clave: Salar de Uyuni, caracterización, lavado.
ENRICHMENT OF LITHIUM SULPHATE
THAT CAME FROM THE LAST CONCENTRATION POOL
OF BRINES OF THE SALAR DE UYUNI
Abstract
The present research work was carried out in order to study the partial or total elimination of Mg as chloride and/or sulfate
from the salts of Li2SO4 that came from the last concentration pool of brines of the Salar de Uyuni, that’s why the study of
the solubility in water of each possible compound that could be present in these salts was done also to take advantage of
the difference in solubility among them.
For the study of these salts, initially the characterization was carried out as a result it was determined that the composition
showed a ratio Mg/Li of 6.8/1, therefore it was necessary to make washing tests by magnetic stirring considering the
following independent variables: washing time, ratio salt/water and temperature. The stirring speed was kept constant.
The best results obtained in the washing tests were at 5 min, ratio salt/water of 2.4/1 and 45 °C of temperature, obtaining
a salt with a ratio Mg/Li of 0.9/1, with a very high solubility of Mg that produces a distribution of the order of 87.4% and a
lithium loss of 41.4%.
Key words: Salar de Uyuni, characterization, washing.
INTRODUCCIÓN
En América del Sur, se encuentra el denominado “Triángulo del Litio” constituido por salares en los países de Argentina,
Chile y Bolivia, cada uno de estos salares tienen diferentes características (Tabla 1), categorizado el Salar de Uyuni como
el mayor salar del mundo.
Tabla 1. Comparación de los Salares de América del Sur
Bolivia Chile Argentina
Nombre del Salar Uyuni Atacama Hombre Muerto
Altitud (msnm) 3700 2300 4300
Área (km2) 10000 3000 570
Concentración de Li (%) 0.0350 0.1500 0.0620
Relación Mg/Li 18.6 6.4 1.4
Fuente: US Geological Survey, Stratford, “An Abundance of Lithium” by Keith Evans, Meridian International.
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El elemento de mayor relevancia económica en los salares es el litio, porque se convirtió en un producto esencial para
la fabricación de muchos artículos, en especial de baterías de Ión Litio.
Por esta razón el 2008 el Ministerio de Minería y Metalurgia en coordinación con la Gerencia Nacional de Recursos Evaporíticos
(GNRE), implementó la Estrategia Nacional de exploración, explotación e industrialización de los Recursos Evaporíticos.
Este proyecto está contemplando en la etapa de coencentración, la separación de los diferentes constituyentes de la
salmuera extraída, mediante un proceso de evaporación solar, donde se va obteniendo una secuencia de cristalización.
En la última piscina de concentración se obtiene sales con una composición característica de “Sulfato de Litio”, que está
contaminado con Mg, K, Na, Cl y B.
De acuerdo con estudios realizados por La ex-GNRE, ahora Yacimientos de Litio Bolivianos se ha establecido que el Li
estaría en la forma de Li2SO4×H2O, Mg como MgCl2 y MgSO4, K y Na como cloruros y Ca como sulfato.
Los cristales de sulfato de litio monohidratado son materia prima que se procesa en la Planta Piloto para la obtención de
carbonato de litio, siguiendo con las siguientes etapas; dilución, encalado, carbonatación I, quelación y carbonatación II
[1].
En la “etapa de encalado”, para tratar 1 t de cristales de sulfato de litio con contenido de 4% a 6% de Li se emplea 0.6 t
de Cal (CaO) con una ley ≥ 65%, lo que genera precipitados (lodos), que ocluyen al Li. El total de Li ocluido en los lodos
formados es de aproximadamente 40%.
En el presente trabajo de investigación se desarrolló con el fin de proponer una alternativa técnica para el enriquecimiento
de las sales de sulfato de litio provenientes de la última piscina de concentración de las salmueras del Salar de Uyuni,
para disminuir el consumo de cal en el proceso de carbonatación de litio.
Metodología experimental
Si las sales de la piscina de Li2SO4 se someten a lavado (lixiviación inversa) con agua se podría reducir la cantidad Mg, por
la diferencia de solubilidad que presentan ambos componentes en condiciones particulares [2], el Mg sería captado por
las moléculas del disolvente a diferentes temperaturas y tiempos hasta obtener cristales con mayor ley en Li2SO4×H2O.
Resultados y discusión
Caracterización de la muestra
La pulpa inicial es difícilmente manejable debido a que es higroscópico, por tanto, se decidió filtrar la salmuera remanente
a temperatura ambiente (13-17) °C.
Las propiedades físicas y químicas que se pudo percibir y determinar se describen a continuación.
La composición química tanto de la muestra inicial como de muestra filtrada se muestra en la Tabla 3.
Tabla 2. Propiedades físicas de las SL ( sales de Li2SO4, Tabla 3. Composición química SLO (muestra inicial) y SL (muestra filtrada)
muestra filtrada) . en porcentaje en peso.
Características Descripción Muestra Li Mg K Na Ca SO4 Cl Humedad,
Color Idiocromático (blanco lechoso) B
Brillo No metálico– Vítreo %
Tenacidad Frágil
Gusto Astringente Picante Inicial 1.32 9.02 4.26 4.26 0.07 13.3 34.6 0.35 18.49
Olor Sin Olor
Filtrada 1.54 6.73 5.60 5.64 0.04 19.8 29.3 0.26 8.93
La composición mineralógica de las sales de sulfato de litio se describe en la siguiente Tabla 4.
Nombre Químico Formula Química
Sodium Chloride NaCl
Magnesium Sulfate Oxide MgSO4
Potassium Magnesium Chloride Hydrate KMgCl3H2O
Lithium Sulfate Hydrate Li2SO4H2O
Magnesium Sulfate Hydrate Oxide MgSO44H2O
Solubilidad experimental
Si se mezcla un disolvente con un exceso de electrolito, el fenómeno de la disolución ocurrirá sólo hasta un cierto límite,
alcanzando el sistema de equilibrio después de un tiempo suficiente. Entonces diremos que la disolución está saturada
de electrolito, y que la cantidad disuelta en el disolvente es la solubilidad del electrolito [3].
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Para esto se realizó varias pruebas a partir de las SL teniendo mucho cuidado con las temperaturas de trabajo de forma
que no se altere el sistema de equilibrio. Los resultados se muestran en las Figuras 1 y 2.
Figura 1. Solubilidad de SL a diferentes temperaturas, Figura 2. Solubilidad de SL a diferentes temperaturas,
comportamiento de los cationes Li+, Mg2+, K+ y Na+ comportamiento de los aniones SO4-2 y Cl-
En base a los resultados de la caracterización química de las SL se realizó las corridas de la simulación para conocer la
Razón Sal/Agua a diferentes temperaturas los resultados se encuentran en la (Tabla 5).
Tabla 5. Resultado de las corridas de simulación en Comportamiento de los iones Li+, Mg2+ y SO42-
Phreeqc a diferentes temperaturas.
El estudio del comportamiento de los iones que presentan mayor
No Corrida Temperatura (°C) Razón sal/agua importancia de las SL cuando está en contacto con el agua está
sujeto a las siguientes variables independientes:
10 2.2
2 20 2.3 Velocidad de agitación (constante).
3 45 2.4 Tiempo de lavado.
Razón Sal/Agua.
4 60 2.5 Temperatura.
5 80 1.8
Donde la velocidad de agitación está sujeta al tipo de equipo que
se use, por tanto será una variable de optimización para pruebas
piloto.
Efecto del tiempo
Los ensayos para el estudio de tiempo de lavado se realizaron a partir de las SL a temperatura de 45 °C, R s/a 2.4 y 200
rpm, estas variables se mantuvieron constantes para los tiempos de (1, 5, 15 y 30) min.
Figura 1. Composición de los cristales a diferentes tiempos de Figura 2. Distribución de los iones Li+, Mg2+ y SO4-2 a diferentes
lavado tiempo de lavado
Según las diferentes condiciones de trabajo, para 5 min la recuperación de Li es relativamente alta 58.6% y la
recuperación de Mg tiene el valor más bajo en comparación de los otros tiempos de lavado de 12,6%.
Efecto de Razón Sal/Agua
En esta parte de la experimentación los ensayos para el estudio de la Razón Sal/Agua se realizaron a temperatura de 45
°C, 5 min y 200 rpm, estas variables se mantuvieron constantes para la Razón Sal/Agua de 2, 2.4 y 3. Se debe tomar en
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cuenta que la R S/A de 2.4 es de acuerdo a la temperatura de trabajo según los resultados de la simulación en Phreeqc
para Windows.
El mejor ensayo es para la R S/A= 2.4 porque la composición del Li supera ligeramente a la del Mg. A estas condiciones
de trabajo comparando con la composición de las SL se puede ver que la ley de Li mejora en casi el doble y la ley de Mg
disminuye de 6.7% a 2.5%.
Efecto de la temperatura
Los ensayos para el estudio de la temperatura se realizaron 5 min y 200 rpm, estas variables se mantuvieron constantes
para la Razón Sal/Agua (2.2, 2.3, 2.4, 2.5 y 1.8) y temperaturas (3, 20, 45, 60 y 80) °C respectivamente. Se debe tomar en cuenta
que la R S/A es de acuerdo a la temperatura de trabajo según los resultados de la simulación en Phreeqc para Windows
Figura 3. Comparación de la composición de los iones Li+, Mg2+ y SO4-2 en los cristales de Li2SO4·H2O a diferente Razón Sal/Agua
En base a la teoría se conoce que si aumenta la temperatura la solubilidad de Li2SO4 disminuye, por tanto si se trabaja a
80 °C se debería tener la mejor composición y distribución en Li y SO4 en los cristales de Li2SO4·H2O[4].
En base a los resultados de la solubilidad experimental Figuras 2 y 3, la mejor temperatura de trabajo es a 45 °C a las
condiciones de trabajo ya mencionados, porque la distribución de Li es de 58.6% y la menor distribución de Mg de 12.6%
en los cristales.
Figura 6. Composición de los cristales de Li2SO4·H2O a diferentes Figura 7. Distribución de los cristales de Li2SO4·H2O a diferentes
temperaturas temperaturas
Conclusiones
En los resultados de la caracterización de la primera filtración de la materia prima, la salmuera muestra altas leyes de Mg2+,
Cl- y baja ley de SO4-2 con una razón Mg/Li de 20.2/1, de forma se obtiene sales de Li2SO4 con una razón Mg/Li de 4.4/1, por
tanto, casi el 50% de Mg que contamina estas sales es eliminado en la salmuera.
De acuerdo a los resultados de la solubilidad experimental, usando H2O como disolvente con el fin de romper el enlace
iónico que mantiene unido el catión y el anión de las sales, la temperatura representa un factor importante, sin embargo,
el proceso de dilución depende de otros factores como el tiempo suficiente para que el sistema entre en equilibrio,
además a -27 ºC se observó que existe formación de hielo.
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El mejor tiempo de lavado es a 5 minutos, donde el Mg pasa a la salmuera con una remoción de las sales del 87.4% y los
SO4 del 48.6%, es decir, que los cristales obtenidos producto del lavado a este tiempo enriquecen en ley para Li y SO4, pero
a medida que aumenta el tiempo de lavado se pierde en los cristales cantidades significativas de Li2SO4 y Li2SO4·H2O, a su
vez la ley de Mg y SO4 aumenta y la distribución también, esto se debe principalmente al MgSO4 que tiende a buscar la
estabilidad de MgSO4- MgSO4·H2O- MgSO4·4H2O- MgSO4·6H2O y su forma más estable como MgSO4·7H2O, por tanto, a mayor
tiempo de contacto disolvente (H2O)-soluto la solubilidad disminuye para las sales hidratadas de MgSO4.
La simulación en Phreeqc ayuda en este proyecto a determinar la Razón Sal/Agua a diferentes temperaturas, según
los resultados la mejor R S/A es de 2.4/1 a 45 °C. Si se supera este valor, por ejemplo R S/A 4/1 el lavado por agitación
magnética no es posible porque necesita mucha fuerza cortante para que el magneto de inicio al movimiento. Además si
se aumenta mayor cantidad de sal en relación a H2O la solubilidad de Mg disminuye.
La mejor temperatura de trabajo según los resultados de la solubilidad experimental es a 45 °C, a esta temperatura los
electrolitos Mg, SO4 y Cl son altamente solubles en H2O y el Li el menos soluble, pero se debe tomar en cuenta que este
comportamiento es en el equilibrio.
Los resultados de la solubilidad experimental coinciden con los resultados del ensayo de lavado, a 45 °C la solubilidad del
Mg es el valor más alto con una distribución del 87.4%, la de SO4 con 48.6% y 41.4% de Li perdido en la salmuera. A medida
que se incrementa la temperatura a partir de los 45 °C la solubilidad del Mg disminuye y la de Li aumenta representando
una desventaja para el proceso de lavado con H2O.
En base a los resultados obtenidos el diagrama de flujo de tratamiento que se propone en el presente trabajo de
investigación es el siguiente (Figura 8).
BIBLIOGRAFÍA
1. GNRE. Memoria Institucional 2013.
2. GUTIERREZ FLORES, Vivian. Enriquecimiento de las sales de sulfato de litio provenientes de la última piscina de
concentración de las salmueras del Salar de Uyuni. 2017.
3. CISTERNAS, Luis A. Diagrama de fases y su aplicación. Barcelona: Reverté, 2009. ISBN: 978-84-291-7089-4.
4. GUTIERREZ FLORES, Vivian. Enriquecimiento de las sales de sulfato de litio provenientes de la última piscina de
concentración de las salmueras del Salar de Uyuni. 2017
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Conformado de espumas de
poliestireno expandible para
el estudio del coeficiente de
reducción de ruido
Univ. Pablo Andrés Gumiel Rivera
Tutor: Ing. Santos Edwin Arce Villanueva
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Universidad Mayor de San Andrés
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CONFORMADO DE ESPUMAS DE POLIESTIRENO EXPANDIBLE
PARA EL ESTUDIO DEL COEFICIENTE DE REDUCCIÓN DE RUIDO
Univ. Pablo Andrés Gumiel Rivera
Tutor: Ing. Santos Edwin Arce Villanueva
Objetivo general
Conformar una espuma de poliestireno expandible con capacidades de aislamiento acústico en base a la NRC.
Objetivos especificos
Determinar el material con densidad adecuada de espuma de poliestireno expandible (EPS) que tenga elevado NRC a
partir de los estándares de densidad de PRETENSA.
Determinar el efecto de la morfología de la superficie de incidencia de la espuma de poliestireno expandible (EPS) sobre
el coeficiente de ruido (NRC).
Medir los valores del coeficiente de reducción de ruido (NRC) según los tipos de conformado.
Resumen del funcionamiento
El montaje del SM obedece a cada elemento que lo conforma de la siguiente manera: el generador de señal emite señales
eléctricas de acuerdo al tipo de onda y de frecuencia que se desee, estas señales pasan a través del amplificador el
cual aumenta la amplitud de la onda, produciendo así un sonido de mejor calidad, que es emitido a través del alto
parlante, que se encuentra ubicado dentro de la cámara de insonorización.
La señal ya transformada en sonido es captada por el sonómetro el cual realiza la función inversa, es decir, toma
las ondas de sonido (energía mecánica) y las transforma en pulsos eléctricos (energía eléctrica), los cuales son
interpretados por el mismo sonómetro que muestra en la pantalla el equivalente de esta energía en dB. Por medio del
software, que incluye el sonómetro, estos datos pueden ser llevados directamente a un computador donde se facilita su
almacenamiento y posterior análisis, además que garantiza que los intervalos de tiempo entre las medidas sean muy
precisos.
Procedimiento de medida y registro de la información
Para realizar una medición correcta de los niveles de potencia sonora se ven los siguientes requerimientos: montaje y
manejo del sonómetro, el manejo del software del sonómetro, la preparación del generador de ondas, la colocación de
las muestras, el porta muestras, y el mecanismo de sujeción.
El registro de los datos se efectúa para cada uno de los siguientes materiales los cuales por facilidad a partir de ahora
se identificaran con su correspondiente número.
Materiales a analizar
Muestras con densidad( kg/m3 .) distinta Muestra con morfología distinta
Lamina de EPS densidad 11 Morfología laminar
Lamina de EPS densidad 15 Morfología piramidal
Morfología de domo
Morfología triangular
Morfología de canaleta
Morfología de ondas
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Con la siguiente tabla logramos apreciar los resultados:
NUMERO DENSIDAD MORFOLOGÍA STL NRC PROMEDIO COEFICIENTE DE ABSORCIÓN
1 11 LAMINAR 16,20 0,16 0,14
2 15 LAMINAR 17,42 0,18 0,15
3 11 TRIANGULAR 9,39 0,09 0,13
4 15 TRIANGULAR 15,91 0,16 0,14
5 11 DOMO 16,72 0,17 0,16
6 15 DOMO 17,76 0,18 0,16
7 11 PIRAMIDAL 13,72 0,14 0,11
8 15 PIRAMIDAL 15,40 0,15 0,11
9 11 CANALETA 13,35 0,13 0,11
15 CANALETA 13,96 0,14 0,14
10 11 ONDAL 18,43 0,18 0,17
11 15 ONDAL 20,79 0,21 0,18
12
Se logró relacionar el NRC y los datos de la media del coeficiente de absorción, donde se logra ver que no son datos muy
alejados y muestran el mismo resultado, demostrando que la mejor morfología es la de onda y que a mayor densidad
mayor aislamiento.
Logramos apreciar que en ambos estudio tanto en el de la cámara de insonorización como en el de la cámara reverberante,
la mejor morfología para aislamiento acústico es la de onda seguida de la morfología de domo y posteriormente la laminar.
La atenuación del ruido actualmente es uno de los principales factores a tener en cuenta, para la preservación del
medio ambiente, ya que se considera como un factor contaminante. Para su control se han creado una gran variedad de
normas y leyes, con las que se busca mejorar las condiciones laborales de los empleados, el bienestar y mejorar las
condiciones de todas las personas en general.
Análisis comparativo de la frecuencia en base a sus resultados
Para el análisis correcto elaboramos la tabla 36 la cual promedia los resultados obtenidos entre cada morfología y grafica
los datos de frecuencia vs absorción acústica (Figura 75) y compara todos los datos obtenidos.
FRECUENCIA LAMINAR TRIANGULAR DOMO PIRAMIDAL CANALETA ONDA
250 0,33 0,30 0,32 0,29 0,29 0,37
500 0,17 0,09 0,09 0,05 0,07 0,16
1000 0,13 0,12 0,19 0,14 0,13 0,11
2000 0,17 0,05 0,21 0,20 0,17 0,27
4000 0,09 0,11 0,11 0,12 0,09 0,22
8000 0,14 0,07 0,14 0,08 0,08 0,09
Comparativo de la frecuencia en base a sus resultados
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En todos los casos se utilizó una misma altura base de las muestras, pero al utilizar una mayor altura se tendría un mejor
aislante dado que la difracción del sonido se produce antes.
Viendo el análisis por frecuencias obtenido de la figura 75 y la tabla 36, se ve lo siguiente:
Para una frecuencia de 250 Hz, la mejor morfología acústica que presenta mayor absorción es la de onda.
Para la frecuencia de 500 la mejor morfología es la de onda.
Para la frecuencia de 1000 la mejor morfología es la laminar.
Para una frecuencia de 2000 la mejor morfología es la de domo.
Para una frecuencia de 4000 la mejor morfología es de onda.
Para una frecuencia de 8000 la mejor morfología es la laminar y la de onda.
Analizando en un resumen promedio y viendo que el sonido puede llegar en diferentes frecuencias se toma una
absorción acústica promedio. Analizando los datos de la tabla 36, en los promedios se ve que la mejor morfología para
un aislante acústico es la de onda.
ANÁLISIS DE COSTO
Se realiza un estudio de costos sobre las dos morfologías de mayor aislamiento acústico con el siguiente balance de
masa:
Para el conformado de domo:
Haciendo el siguiente balance
El bloque con morfología de domo
MATERIA PRIMA VOLUMEN m3 MASA Kg CANTIDAD COSTO BOB
40 500,8
EPS 2 250,4
60 4,17
Bloque 3,60
Pieza 0,06
Costos de la pieza estudiada de morfología de domo
PARA SOLO UNA PIEZA PORCENTAJE ACUMULADO PRECIO PRECIO ACUMULADO (BOB)
TOTAL MATERIAL PRIMA 4,17
PIEZA
ENERGÍA 1 4,17
MANO DE OBRA 6 5,17
UTILIDAD PARA LA EMPRESA 11,95
IMPUESTOS 50,74 11,50 22,68
TOTAL A LA VENTA 16% 4,32
27,00
Costo Final de la pieza con la utilidad porcentual
Tiempo de producción para una pieza de morfología de domo
El tiempo de producción se evalúa de la siguiente forma:
Tiempo de producción de los bloques de EPS ( t1 )
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
45
Tiempo de producción de las piezas ( t2 )
Formulamos una ecuación del anterior diagrama
Tp = t1 + 2t2
Tp = 3600 + 2(7200)
Tp = 18000s
Del mismo hacemos el análisis para el tiempo de trabajo de producción de la empresa.
Se logra apreciar que en una jornada de trabajo se produce 288 piezas.
SI tomas la utilidad de la tabla 39, si la empresa produce todos los días las piezas y las mismas fueran vendidas se tendría
una utilidad de 8531,84 .
Para el análisis de scrap tomamos como base la tabla 42, donde tomamos los datos de la masa de la pieza de domo, la
masa de la pieza laminar y hallamos la masa del scrap:
Para una densidad de 11 :
Para una densidad de 15 :
El porcentaje generado de scrap es de 26,66% a una 30% dependiendo de la densidad.
Para el conformado de onda:
Haciendo el siguiente balance: PARA EL BLOQUE CON MORFOLOGÍA DE ONDA
MATERIA PRIMA VOLUMEN m3 MASA Kg CANTIDAD COSTO BOB
EPS 500,8
Bloque 40 250,4
Pieza 2,31
3,6 2
0,07 108
Costos de la pieza estudiada de morfología de onda
Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
46
PARA SOLO UNA PIEZA PORCENTAJE AL ACUMULADO PRECIO PRECIO ACUMULADO (BOB)
TOTAL MATERIAL PRIMA 2,31
PIEZA
ENERGÍA 1 2,31
MANO DE OBRA 6 3,31
UTILIDAD PARA LA EMPRESA 13,35 9,31
IMPUESTOS 58,91 22,68
TOTAL A LA VENTA 16% 4,31
27
Costo Final de la pieza con la utilidad porcentual
Tiempo de producción para una pieza de morfología de domo
El tiempo de producción se evalúa de la siguiente forma:
Tiempo de producción de los bloques de EPS ( t1 )
Tiempo de producción de las piezas ( t2 )
Formulamos una ecuación del anterior diagrama
Tp = t1 + 2t2
Tp = 3600 + 2(7200)
Tp = 18000s
Del mismo hacemos el análisis para el tiempo de trabajo de producción de la empresa.
Se logra apreciar que en una jornada de trabajo se produce 518 piezas.
SI tomas la utilidad de la tabla 40, si la empresa produce todos los días las piezas y las mismas fueran vendidas se tendría
una utilidad de 11748,24 .
Para el análisis de scrap tomamos como base la tabla 42 donde tomamos los datos de la masa de la pieza de onda, la
masa de la pieza laminar y hallamos la masa del scrap:
Para cualquier densidad:
Tomando un 3% de posibilidad de error.
El porcentaje generado de scrap es de 0% a una 3%.
Sin embargo las piezas elaboradas en forma de onda no producen scrap y generan mejor utilidad al no tener desperdicio
de materia prima.
La utilidad para la empresa por la venta de estas piezas, va desde 50 hasta 58 por pieza elaborada, siguiendo los dos
modelos y sus morfologías. Se implementaría morfología de domo 50,74% de utilidad y morfología de onda 58,91% de
utilidad.
CONCLUSIONES
Se logró conformar una espuma de poliestireno expandible con capacidades de aislamiento acústico, basada en su peso
y su morfología, con lo cual se aumentó sus propiedades de absorción acústica en base al NRC.
Se determinó con un análisis comparativo para la espuma de poliestireno expandible (EPS), que a mayor densidad mayor
NRC entre piezas de la misma morfologías y se trabajó en base a los estándares dados por la empresa.
Se logró determinar el efecto de la morfología de la superficie de incidencia de la espuma de poliestireno expandible (EPS)
sobre el coeficiente de ruido (NRC) la cual depende de la forma, mostrada en la simulación óptica realizada.
Se logró medir los valores del coeficiente de reducción de ruido (NRC) según los tipos de conformado y validarlos para
diferentes frecuencias, al mismo tiempo se obtuvo una pieza única que sería la que tiene el mejor comportamiento de
aislamiento en diferentes frecuencias que es la morfología de onda.
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
47
Estudio de las propiedades
acústicas de materiales cerámicos
de alta porosidad (cerámica
celular)
Univ. Mabel Riveros Plata
Tutor: Ing. Juan Carlos Montenegro Bravo
Carrera de Ingeniería de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
2017
Reporte Metalúrgico Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales
48
ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES ACÚSTICAS DE MATERIALES
CERÁMICOS DE ALTA POROSIDAD (CERÁMICA CELULAR)
Univ. Mabel Riveros Plata
Tutor: Ing. Juan Carlos Montenegro Bravo
Carrera de Ingeniería de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
[email protected]
RESUMEN
El presente proyecto tiene por objeto estudiar las propiedades acústicas de los materiales cerámicos de elevada porosidad
o más conocido como cerámica celular, éstos materiales fueron elaborados en el IIMETMAT con el método de infiltración
y replica de espumas poliméricas. Se utilizó como materia prima arcillas Illíticas provistas por la empresa INCERPAZ y
obtenidas de la localidad de SIVINCA.
El proceso de elaboración consistió en la preparación de una suspensión de arcilla-agua (barbotina), para luego sumergir
esponjas de poliuretano con dimensiones y espesores ya establecidos, después de dejarlos sumergidos en la barbotina
se procede a la etapa de secado para luego ser sometidos a cocción a 1070°C en un horno eléctrico. Posteriormente éstos
se determinaron sus características tanto mecánicas como físicas de los productos obtenidos.
Los resultados obtenidos en cuanto a las propiedades físicas fueron bastante satisfactorios ya que se los pudo clasificar
como materiales absorbentes sonoros de tipo B Y C según la norma ENISO 11645.
Palabras clave: cerámica acústica, absorbentes sonoros.
STUDY OF THE ACOUSTIC PROPERTIES OF CERAMIC MATERIALS OF HIGH POROSITY (CELLULAR CERAMICS)
ABSTRACT
The present project aims to study the acoustic properties of ceramic materials with high porosity or better known as
cellular ceramics, these materials were elaborated in the IIMETMAT with the method of infiltration and replication of
polymeric foams. It was used as raw material Illitic clays provided by the company INCERPAZ and obtained from the locality
of SIVINCA.
The preparation process consisted in the preparation of a suspension of clay-water (slip), then immersed polyurethane
sponges with already established dimensions and thickness, after leaving them submerged in the slip is proceeded to
the drying stage and then subjected Cooking at 1070 ° C in an electric oven. Subsequently these were determined both
mechanical and physical characteristics of the products obtained.
The results obtained in terms of physical properties were quite satisfactory since they could be classified as sound
absorbing materials type B and C according to ENISO 11645.
Key words: acoustic ceramics, sound absorbers
INTRODUCCIÓN
El ruido es un problema frecuente en nuestra sociedad ya que todas las actividades que realizamos en nuestra vida
cotidiana producen ruido como ser: hablar, caminar, comer, conducir, trabajar, etc. Aunque algunas actividades producen
mayor ruido que otras la organización Mundial de la Salud dio parámetros para que las personas no vean afectadas su
salud. (1) Es por tal motivo que a lo largo de la historia se fueron desarrollando diferentes materiales capaces de actuar
como absorbentes acústicos.El La aplicación de nuevos materiales cerámicos en diferentes áreas fue trascendiendo en
los últimos años, el estudio de los materiales cerámicos comenzó desde el siglo XVII cuando Robert Hooke estudió una
sección de corcho en el microscopio, utilizando por primera vez la palabra cell para describir su microestructura; la
palabra célula (cell en inglés) proviene del latín que significa pequeño compartimiento o espacio cerrado. (2)
El procesos de elaboración por el cual se obtuvo los productos en el IIMETMAT fue el de infiltración y replica de espumas
poliméricas, éste proceso consiste en la preparación de una suspensión acuosa de arcilla y agua con un peso específico
adecuado para que este pueda ser lo bastante fluido y penetrar en las esponjas de poliuretano, las esponjas se las hace
sumergir en la barbotina por aproximadamente 24 horas, pasado ese tiempo se las hace secar a temperatura ambiente y
posteriormente se somete a cocción en un horno eléctrico hasta 1070°C (3)
Por otra parte la absorción acústica es un fenómeno por el cual parte de la energía sonora que incide sobre una superficie
es absorbida, transformándose en otra forma de energía; generalmente calorífica [ (3)].
Un material absorbente poroso es aquel que posee canales intercomunicados que penetran desde la superficie donde
incide la onda sonora hacia su interior como se muestra en la figura 1.
Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales Reporte Metalúrgico
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Revista metalurgia 2019
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