MX2011013483A - Metodo para la lixiviacion de concentrado de calcopirita. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para la lixiviación de concentrado a granel de tipo calcopirita por medio de una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico y una alimentación de oxígeno a presión atmosférica y a una temperatura de entre 750 °C y el punto de ebullición de la solución. Es típico del método que el tamaño de partícula del concentrado que va a ser alimentado dentro de la lixiviación esté en la región de 80% por debajo de 60 - 100 µm y que el concentrado sea lixiviado con una solución acuosa, cuya concentración de ácido se regula para que esté alrededor de 20 - 90 g/l.

Description

MÉTODO PARA LA LIXIVIACIÓN DE CONCENTRADO DE CALCOPIRITA Campo de la Invención La invención se refiere a un método para lixiviar un concentrado en bruto de un tipo de calcopirita por medio de una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico y oxígeno alimentados bajo presión atmosférica y a una temperatura entre 75°C y el punto de ebullición de la solución. Es típico del método que el tamaño de partícula del concentrado que se va a alimentar a la lixiviación está en el orden de 80% por debajo de 60 - 100 µp? y que el concentrado se lixivie con una solución con una concentración ácida que es regulada para que esté en el orden de 20 - 90 g/1.

Antecedentes de la Invención Un mineral de sulfuro de cobre es calcopirita, CuFeS2, desde donde la recuperación de cobre se ha realizado convencionalmente en forma pirometalúrgica. Si se desea lixiviar un concentrado de calcopirita, el método más típico ha sido la lixiviación a presión e incluso en algunos casos la biolixiviación. La lixiviación a presión es un proceso bastante costoso y la biolixiviación es lenta. Por lo general se sabe que la calcopirita se torna pasiva fácilmente en una lixiviación atmosférica de ácido sulfúrico y por esa razón el rendimiento es relativamente bajo.

Un método de lixiviación de por lo menos hasta cierto punto un mineral de sulfuro que contiene hierro conocido como el proceso Albion se describe en la Patente Estadounidense 5,993,635. Una característica esencial del proceso es la molienda (P80 20 micrones o menos), después de lo cual la lixiviación del mineral de sulfuro se realiza en condiciones atmosféricas, es decir, a temperatura ambiental y una temperatura entre 60°C y el punto de ebullición de la solución. Una característica del proceso de lixiviación es que se realiza utilizando una solución que contiene ácido sulfúrico y hierro trivalente y se alimenta oxígeno en la etapa de lixiviación. La concentración de ácido sulfúrico de la solución cuando se lixivia la calcopirita está en el orden de 30 - 40 g/1. El hierro utilizado en la lixiviación se obtiene en gran parte lixiviando la pirita contenida en el mineral de sulfuro. El metal valioso que se va a lixiviar de acuerdo con los ejemplos es cobre, níquel, cobalto o zinc. La solución de sulfato ácido que contiene el metal valioso disuelto se dirige cerca a la neutralización y la precipitación de hierro. La neutralización y la precipitación de hierro se realizan con piedra caliza. La purificación de la solución de la solución de sulfato que contiene el metal valioso se realiza mediante extracción por solvente y recuperación de metales mediante electroextracción.

El proceso de lixiviación del mineral de cobre divulgado en la Patente Estadounidense 5,917,1 16 se basa en el molido fino y la lixiviación a presión a baja temperatura (debajo de 100°C) con la presión de oxígeno a aproximadamente 10 bar. La concentración de ácido sulfúrico de la etapa de lixiviación es de alrededor de 100 - 120 g/1, oxígeno y, además, 2-10 g/1 de cloruros, se alimenta a la lixiviación.

Un método de lixiviación de un concentrado de cobre se divulga en la Solicitud Estadounidense 2005/269208, que se opera en condiciones atmosféricas a una temperatura de 50 - 120°C y en donde el concentrado es alimentado en la lixiviación a un grado normal de molido (por ejemplo, P80 debajo de 106 micrones), pero la característica esencial del proceso es la alimentación de pirita en la lixiviación. Se especifica que la proporción de calcopirita a pirita está entre 4: 1 y 1 :20. El método opera en condiciones en donde la pirita no se disuelve, y el potencial redox está en el orden de 350 - 520 mV vs. AG/AgCl. De acuerdo con el ejemplo 6, el resultado de la lixiviación mejoró sustancialmente cuando la concentración ácida se elevó desde un valor de 20 g/1 a un valor de 30 g/1, pero no se conoce la razón para esto.

La publicación WO 2007/093667 describe un método para recuperar cobre a partir de una mena que contiene sulfuro de cobre y pirita. La mena se muele a una finura normal (95-100% debajo de 150 micrones) y se lixivia con una solución que contiene ácido, en la que la cantidad de hierro es 20 - 70 g/1, cobre 8-12 g/1 y ácido sulfúrico por lo menos 20 g/1. En la sección de la memoria se menciona que el método está destinado particularmente para la lixiviación de una mena de pirita de sulfuro de cobre (Cu2S) de tipo calcopirita.

Objetivo de la Invención La característica esencial de los métodos de lixiviación de calcopirita divulgada en la técnica anterior es el molido fino para prevenir la pasivación de la calcopirita. Sin embargo, una desventaja significativa del molido fino es el lodo acumulado y, en consecuencia, la considerable desaceleración de la separación líquido-sólido posterior a la lixiviación. Adicionalmente, el molido aumenta los costos operativos del proceso. El propósito de la invención aquí presentada es eliminar los inconvenientes anteriormente descritos.

Compendio de la Invención Las características esenciales de la invención serán evidentes en las reivindicaciones que se acompañan.

La invención se refiere a un método para lixiviar un concentrado de calcopirita por medio de una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico y oxígeno alimentado a presión atmosférica y a una temperatura entre 75°C y el punto de ebullición de la solución. Es típico del método que el tamaño de partícula del concentrado que se alimenta a la lixiviación está en el orden de 80% por debajo de 60 - 100 µ?? y que el concentrado se lixivie con una solución acuosa, cuya concentración de ácido se regula a alrededor de 20 -90 g/1. De acuerdo con una modalidad preferida, la concentración de ácido de la solución acuosa se regula para estar en alrededor de 40 - 70 g/1.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el concentrado se somete a un breve molido de purificación antes de la lixiviación para limpiar las superficies minerales.

El método de acuerdo con la invención se refiere típicamente a un concentrado de calcopirita, el cual es un concentrado en bruto que incluye sulfuro de zinc.

De acuerdo con una modalidad de la invención, la lixiviación se realiza como una lixiviación a contracorriente de dos etapas. En este caso, el concentrado de calcopirita se alimenta en una etapa de lixiviación de ácido débil, en la que se lixivia con una solución de lixiviación que sale de una etapa de lixiviación de ácido fuerte. El concentrado de ácido de la solución de sulfato de cobre removido desde la etapa de lixiviación de ácido débil se regula al orden de 5 15 g/1 y la solución se dirige a la purificación de la solución y en la electroextracción para producir cobre puro. El residuo de la etapa de lixiviación de ácido débil se alimenta en la etapa de lixiviación de ácido fuerte, en donde el residuo se lixivia con el refinado de la purificación de solución, cuya concentración de ácido se regula entre 20 - 90 g/1 y en donde la solución que se forma se alimenta a la etapa de lixiviación de ácido fuerte. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, la concentración de la solución en la etapa de lixiviación de ácido fuerte se regula al orden de 40 - 70 g/1.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama de un proceso de lixiviación de un concentrado de calcopirita de acuerdo con la invención.

La Figura 2 es un gráfico del rendimiento de lixiviación de metal y una concentración de ácido en función del tiempo de acuerdo con el ejemplo 1.

La Figura 3 es un gráfico del rendimiento de lixiviación de metal y una concentración de ácido en función del tiempo de acuerdo con el ejemplo 2.

La Figura 4 es un gráfico del rendimiento de lixiviación de metal y una concentración de ácido en función del tiempo de acuerdo con el ejemplo 3.

Descripción Detallada de la Invención El propósito del método ahora desarrollado es lixiviar un concentrado en bruto de calcopirita a presión atmosférica y a una temperatura que es por lo menos 75°C y un máximo del punto de ebullición de la solución acuosa usada para la lixiviación del concentrado. El concentrado es típicamente un concentrado de flotación, con un contenido de cobre de alrededor de 10 - 30% por peso. La lixiviación se puede realizar directamente en el concentrado, cuando una típica finura del concentrado es alrededor de 80% por debajo de 60 - 100 µ??. Sin embargo, antes de la lixiviación, es ventajoso realizar un breve "molido de purificación", no con la finalidad de obtener un mayor grado de molido, sino más bien para limpiar las superficies minerales. A diferencia de los métodos divulgados en la técnica anterior, la lixiviación puede ser operada consecuentemente a un orden de tamaño de partícula de P80 > 20 µ? .

Cuando se realiza la lixiviación sin molido fino, se obtiene los siguientes beneficios: en primer lugar se ahorra costos de molido y energía y en segundo lugar no se presenta lodo acumulado durante la lixiviación, lo cual tiene un efecto significativo en la separación líquido/sólido después de la lixiviación. El concentrado en bruto es un término usado para referirse a que además del cobre como un metal valioso sulfuroso en el concentrado, hay además una cantidad variable de zinc. EL zinc se encuentra en el concentrado como sulfuro de zinc, es decir, principalmente como un mineral de esfalerita ZnS. La lixiviación se realiza con una solución acuosa ácida con una concentración de ácido sulfúrico de alrededor de 20 - 90 g/1, pero preferentemente 40 - 75 g/1. Además, un gas que contiene oxígeno se alimenta a la etapa de lixiviación, el cual puede ser aire, aire enriquecido con oxígeno, u oxígeno. El hierro disuelto de la calcopirita se oxida a una forma trivalente (Fe3+) por medio del ácido y el gas que contiene oxígeno, y promueve a su vez la disolución de los sulfuras de cobre y zinc en los sulfatos.

Se ha descubierto en las pruebas realizadas que tanto el cobre como el zinc se disuelven bien, aún cuando la concentración de cobre y hierro de la solución usada para la lixiviación es relativamente baja al inicio de la lixiviación. Asimismo, se observó además que un tiempo de lixiviación de aproximadamente 20 h permite un rendimiento de 95 -98% tanto con el cobre como con el zinc. Se sostiene generalmente que la disolución pobre de la calcopirita se debe al hecho de que las superficies minerales de calcopirita están cubiertas por el azufre generado en la lixiviación, pero este fenómeno no se observó en las pruebas que se realizaron. Si además están presentes el plomo, la plata o el oro en el concentrado, se quedan en el residuo de la lixiviación y se pueden recuperar a partir del mismo. La solución de sulfato de cobre formada en la lixiviación se purifica de impurezas por medio de extracción por solvente o cementación, por ejemplo. En el caso de la extracción, el cobre metálico se recupera a partir de una solución pura de sulfato de cobre en forma electrolítica. La concentración de ácido de la solución de sulfato de cobre generada en la lixiviación es demasiado alta de modo que la solución tiene que ser neutralizada antes de ser dirigida a la extracción. Los típicos agentes neutralizantes son álcalis basados en calcio y sodio tales como piedra caliza, cal viva, cal apagada e hidróxido de sodio. En su lugar, se pueden utilizar una mena de cobre molido o un concentrado de cobre como el agente neutralizante. Un agente neutralizante preferido es un material que contiene zinc tal como zinc calcinado, mena de óxido de zinc o polvo que contiene zinc. Cuando se realiza la lixiviación como una lixiviación a contracorriente en la forma descrita más adelante, la neutralización de la solución de sulfato de cobre se realiza parcialmente por medio de un concentrado alimentado en el proceso.

Respecto al zinc, este se puede recuperar por ejemplo desde una corriente secundaria después de la remoción de hierro ya sea purificando la solución que contiene zinc utilizando la purificación convencional de solución o extrayendo el zinc en forma selectiva utilizando extracción por solvente. El zinc se recupera en forma electrolítica de la solución purificada de sulfato de zinc. La remoción de zinc electrolítico se realiza ya sea dirigiendo la solución purificada de zinc al electrólito después de la purificación convencional de la solución o mediante separación del zinc del extractante en la solución del electrólito. También es posible recuperar el zinc por ejemplo en forma de sulfato de zinc o algunos otros compuestos de zinc, ya sea directamente desde una solución en bruto o desde una solución que sale de la extracción.

Un método preferido para lixiviar un concentrado es realizar la lixiviación como una lixiviación a contracorriente que consiste de una etapa de lixiviación de ácido débil y una etapa de lixiviación de ácido fuerte. EL diagrama de flujo de esta alternativa de proceso se presenta en la Figura 1. En consecuencia, el concentrado se alimenta en la primera etapa o etapa de lixiviación de ácido débil 1, en la que la solución de lixiviación 5 se dirige desde la segunda etapa de lixiviación 2. La concentración de ácido de la solución de lixiviación 5 que se va alimentar en la primera etapa de lixiviación 1 es bastante alta 40 - 70 g/1, pero se neutraliza mediante el concentrado alimentado de modo que la concentración de ácido de la solución de sulfato de cobre que contiene zinc 6 removida de la lixiviación se regula al orden de 5 - 15 g/1. Aproximadamente una cuarta parte del cobre en el concentrado se disuelve en la primera etapa de lixiviación y algo más del zinc. Obviamente, la separación sólido/líquido se realiza entre las etapas, pero no se muestra en detalle en el diagrama de flujo. Debido a que el concentrado que se va a concentrar no está sujeto a molido fino, el lodo acumulado no causa problemas en la separación líquido/sólido. La solución de sulfato de cobre desde la primera etapa de la lixiviación se dirige hacia la purificación de la solución, que en este caso es preferentemente extracción por solvente (SX) 3. La remoción de hierro se realiza ya sea después de la lixiviación y antes de la extracción de cobre o a partir de una corriente secundaria antes de la extracción de zinc.

El tratamiento del residuo 7 de la primera etapa de lixiviación es continuado en la segunda etapa o la etapa de lixiviación de ácido concentrado 2, en la que el residuo es lixiviado con un refinado 8 desde la extracción 3. La concentración de ácido de dicho refinado es regulada con la adición de ácido que está en el orden de 40 - 70 g/L. El gas que contiene oxígeno también es alimentado en la solución. El tiempo de lixiviación es 12 - 24 h dependiendo del concentrado, tiempo durante el cual se añade ácido cuando es necesario de modo que la concentración de ácido de la solución permanece más o menos la misma. La solución 5 de la segunda etapa de lixiviación, que se dirige a la primera etapa de lixiviación, contiene casi todo el cobre (92-98%) y zinc (98-99%) contenido en el concentrado. La neutralización de la solución para la extracción se realiza en la primera etapa por medio de un concentrado fresco.

El residuo de la segunda etapa de lixiviación es un residuo que contiene azufre-hierro, y su posterior tratamiento depende de la cantidad de metales valiosos en el residuo. Los metales valiosos son por ejemplo plata y oro, que son recuperados mediante métodos conocidos.

La purificación de la solución de sulfato de cobre proveniente de las etapas de lixiviación se realiza de acuerdo con el diagrama de flujo por medio de extracción por solvente 3, en la que el cobre de la solución acuosa es transferido en la etapa de extracción a la solución de extracción orgánica. En la etapa de separación, el cobre se transfiere desde la solución orgánica a la solución acuosa cida, es decir, para debilitar el electrólito 9 que sale de la electroextracción 4 posterior a la extracción. Después de la separación, la solución acuosa que contiene cobre 10 se dirige a la electroextracción, desde donde el cobre metálico se obtiene en forma de un producto final.

El cobre del concentrado de calcopirita se disuelve de acuerdo con las siguientes reacciones: 4FeS04 + 2H2S04 + 02? 2Fe2(S04)3 + 2H20 ( 1 ) CuFeS2 + 2Fe2(S0 )3? CuS04 + 5FeS04 + 2S (2) La reacción de suma es: CuFeS2 + 2H2S04 + 02? CuS04 + FeS04 + 2H20 + S2 (3) El zinc del concentrado se disuelve de acuerdo con las siguientes reacciones: 4FeS04 + 2H2S04 + 02? 2Fe2(S04)3 + 2H20 (4) ZnS + Fe2(S0 )3? ZnS04 + 2FeS0 + S (5) La reacción de suma es: 2ZnS + 2H2S04 + 02? 2ZnS04 + 2H20 + 2S (6) El método de acuerdo con la invención se describe a continuación con los siguientes ejemplos.

Ejemplos Las pruebas de lixiviación de los ejemplos se realizaron en una única etapa, mediante la cual la lixiviación corresponde con la etapa de lixiviación de ácido fuerte en el diagrama de flujo 1 en la que el concentrado es dirigido. Debido a que el propósito clave de las pruebas fue asegurar que la calcopirita se disolvió, las soluciones no se neutralizaron para la extracción en una etapa de lixiviación de ácido débil como se describió anteriormente.

Ejemplo 1 La lixiviación atmosférica de un concentrado de cobre de calcopirita grueso se realizó a una concentración de ácido sulfúrico de 40-90 g/1 y oxígeno constante alimentado a una temperatura de 95°C. La Tabla 1 muestra la distribución del tamaño de partícula del concentrado. Los principales componentes del concentrado de cobre fueron Cu 28.5% por peso, Fe 28.9% por peso y Zn 3.3% por peso. Las concentraciones originales de la solución de lixiviación fueron 1 g/1 de Cu y 10 g/1 de Fe. Se añadió hierro en forma de hierro ferroso. No se añadió zinc. Las concentraciones finales de la solución fueron 25.0 g/1 de Cu, 32.6 g/1 de Fe y 3.1 g/1 de Zn.

Tabla 1 Tamaño del tamiz De pasada red mm % 100 0.149 97.50 140 0.105 88.18 200 0.074 74.53 270 0.053 54.76 400 0.037 44.22 0.020 29.65 Los gráficos en la Figura 2 muestran que cuando la concentración de ácido sulfúrico de la solución de lixiviación se mantuvo bastante alta, a 40 - 90 g/1, tanto el cobre como el zinc se disolvieron bastante rápidamente. Después de 12 horas, 98% del cobre se disolvió y aproximadamente 92% del zinc. Después de 20 horas, el rendimiento del zinc en la solución estaba también alrededor de 95%.

Ejemplo 2 De acuerdo con la Tabla 1, el concentrado de cobre de calcopirita grueso se lixivió a presión atmosférica, de modo que la concentración de ácido sulfúrico de la solución de lixiviación fue 20-40 g/1. Se alimentó una cantidad constante de oxígeno en la lixiviación a una temperatura de 95°C. Los componentes principales del concentrado de cobre fueron Cu 28.5% por peso, Fe 28.9% por peso y Zn 3.3% por peso. Las concentraciones originales de la solución fueron 1 g/1 de Cu y 10 g/1 de Fe. El hierro se añadió en forma de hierro ferroso. No se añadió zinc. Las concentraciones finales de la solución fueron 27.5 g/1 de Cu, 33.7 g/1 de Fe y 3.2 g/1 de Zn. Según se muestra en el gráfico 3, un rendimiento de la lixiviación de cobre por encima de 95% requiere por lo tanto un tiempo de reposo de 24 horas. El rendimiento de la lixiviación de zinc está al mismo nivel que el rendimiento del cobre.

Ejemplo 3 De acuerdo con la Tabla 1, el concentrado de cobre de calcopirita grueso se lixivió a presión atmosférica, de modo que la concentración de ácido sulfúrico de la solución de lixiviación fue 10-20 g/1. Una cantidad constante de oxígeno se alimentó en la lixiviación a una temperatura de 95°C. Los componentes principales del concentrado de cobre fueron Cu 28.5% por peso, Fe 28.9% por peso y Zn 3.3% por peso. Las concentraciones originales de la solución fueron 1 g/1 de Cu y 10 g/1 de Fe. Se añadió hierro en forma de hierro ferroso. No se añadió zinc. Las concentraciones finales de la solución fueron 12.7 g/1 de Cu, 17.8 g/1 de Fe y 3.4 g/1 de Zn. Los gráficos en la Figura 4 muestran que la velocidad de lixiviación del cobre fue sumamente lenta, ya que un tiempo de permanencia de 24 horas alcanzó un rendimiento de solamente un poco más de 40%. En este caso también, la producción de zinc estaba por encima de 90%.

Las Figuras 2 - 4 incluyen también gráficos para el hierro, que en su mayoría siguen a los gráficos de rendimiento del cobre, lo cual indica que la mayoría del hierro en la calcopirita termina en la solución en estas condiciones y se explota en la lixiviación cobre y el zinc.

Claims (6)

Reivindicaciones

1. Un método para lixiviar un concentrado de calcopirita por medio de una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico y oxígeno alimentado a presión atmosférica y una temperatura entre 75°C y el punto de ebullición de la solución, caracterizado porque la lixiviación se realiza como una lixiviación a contracorriente de dos etapas, en donde el tamaño de partícula del concentrado que se va a alimentar en una etapa de lixiviación de ácido débil (1) está en el orden de 80% debajo de 60 - 100 µ??, el concentrado es lixiviado en la etapa de lixiviación de ácido débil (1) con una solución de lixiviación (5) que sale de la etapa de lixiviación del ácido fuerte (2) para formar una solución de sulfato de cobre (6); un residuo (7) de la etapa de lixiviación de ácido débil (1) se alimenta en la etapa de lixiviación de ácido fuerte (2), en donde el residuo es lixiviado con un refinado (8) cuya concentración de ácido se regula en alrededor de 20 - 90 g/1.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de ácido de la solución acuosa se regula para que esté en el orden de 40 - 70 g/l-

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque antes de la lixiviación el concentrado se somete a un breve molido de purificación para limpiar las superficies minerales.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el concentrado de calcopirita es un concentrado en bruto, el cual incluye sulfuro de zinc.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de ácido de una solución de sulfato de cobre (6) que se va a remover de la etapa de lixiviación de ácido débil se regula al orden de 5 - 15 g/l y la solución se dirige a la purificación de la solución (3) y en la electroextracción (4) para producir cobre puro; de la purificación de la solución.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de ácido de la solución de la etapa de lixiviación de ácido fuerte (5) se regula para que esté en alrededor de 40 - 70 g/l.