MXPA01013311A

MXPA01013311A - Procedimiento para inmovilizar material residual de arsenico.

Info

Publication number: MXPA01013311A
Application number: MXPA01013311A
Authority: MX
Inventors: Cees Jan Nico Buisman
Original assignee: Paques Bio Syst Bv
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-07-30
Also published as: ES2215685T3; CA2377599A1; BR0011819B1; BR0011819A; DE60009288T2; DE60009288D1; PE20010393A1; EP1187661B1; EP1187661A1; WO2000078402A1; US6656722B1; ZA200110467B; AU5855500A; CA2377599C; AU772128B2

Abstract

La invencion provee un procedimiento para eliminar e inmovilizar arsenico proveniente de material residual que contiene arsenico. Este comprende oxidar el arsenico hasta arsenico pentavalente en medio acuoso, poner en contacto el arsenico pentavalente con hierro trivalente para formar un compuesto de hierro-arsenico insoluble y separar el compuesto de hierro-arsenico precipitado del medio acuoso. La oxidacion de arsenico se efectua utilizando bacterias a un pH entre 0.5 y 4 y a una temperatura entre 20 y 90°C en presencia de un catalizador mineral tal como pirita.

Description

PROCEDIMIENTO PARA INMOVILIZAR MATERIAL RESIDUAL DE ARSÉNICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento para inmovilizar iones de arsénico que comprende oxidar arsénico hasta arsénico pentavalente y suministrar hierro trivalente, y posteriormente inmovilizar el arsénico pentavalente como un arsenato de hierro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El arsénico es un subproducto importante y no deseado en muchos procedimientos metalúrgicos. Por ejemplo, los minerales de cobre contienen una cantidad sustancial de arsénico, lo cual es indeseable por razones ambientales y de salud y por lo tanto se debe separar del metal de cobre y se debe desechar en forma segura. En procedimientos pirometalúrgicos , el arsénico por lo general se separa del gas residual y se convierte en trióxido de arsénico (As203) . Este compuesto de arsénico trivalente es inestable, debido a que el arsénico se oxida lentamente hasta arsénico pentavalente. En los casos en los cuales no existe un uso para tal trióxido de arsénico, éste se debe depositar con cuidado de, modo que se evite la lixiviación de arsénico hacia el entorno acuático. Un método convencional para separar y eliminar arsénico a partir de los flujos de los procedimientos metalúrgicos implica la oxidación química del líquido que contiene arsénico, el cual también contiene hierro, en un autoclave oxigenado aproximadamente a 90°C a un pH de 3-4. El arsénico pentavalente producido de esta manera se convierte después en un arsenato férrico insoluble, estable el cual contiene típicamente una relación molar de Fe/As de por lo menos 4 (véase por ejemplo, G.B. Harris, "The Con trol and Di sposa l of Arseni c in Hydrome tal l urgi cal Sys tems " , 24th Annual CIM Hydrometallurgical Conference, Toronto, Ontario, 20-21 de agosto de 1994) . Esta oxidación química utilizando autoclaves es costosa debido al uso de equipo y de productos químicos costosos, y también debido a los costos elevados de entrenamiento para evitar el riesgo al personal . El documento EUA 4, 888, 293 describe un procedimiento en el cual se trata una mezcla de pirita y arsenopirita con una relación molar de Fe/As de 4:1 aproximadamente con un cultivo mixto de Thi obaci l l us ferrooxi dan , T . thi ooxi dans y Leptospi ri l l um ferooxi dans que da como resultado una solución fuertemente acida (pH 1.1) . Esta solución se neutraliza y produce un precipitado que contiene arsenato de hierro y jarosita, que tiene una relación Fe/As del orden de 8.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se ha descubierto un nuevo procedimiento para inmovilizar arsénico, que implica la oxidación de arsénico hasta arsénico pentavalente así como el suministro de hierro trivalente, en particular mediante oxidación biológica de desechos de hierro. Esta oxidación da como resultado la solubil i zación oxidativa de los metales seguido por la eliminación efectiva del arsénico. El procedimiento se define en las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La oxidación de arsénico trivalente en presencia de hierro se efectúa utilizando bacterias oxidantes apropiadas. En general, estas bacterias ayudan a oxidar el hierro bivalente hasta hierro trivalente utilizando oxígeno y ácido (protones) . Las bacterias apropiadas por lo general están presentes en las materias primas (minerales) a partir de las cuales se origina el desecho de arsénico. Las bacterias apropiadas también se pueden obtener a partir de otras plantas para tratamiento biológico, aeróbico de materiales de desecho. Las bacterias que pueden oxidar el hierro y el arsénico por lo general se vuelven predominantes en forma espontánea como resultado de las condiciones de procedimiento, las cuales pueden ser seleccionadas por el experto en la técnica. Las bacterias pueden ser heterótrofas tales como las bacterias del suelo de los géneros Pseudomonas , Achromobac ter , Baci l l us (en especial B . cereus ) y Al cal i gen es (en especial A . fa ecal i s ) . Sin embargo, se prefiere que las bacterias sean bacterias autótrofas, debido a que éstas no necesitan otras fuentes de carbono aparte del dióxido de carbono, el cual puede estar presente en cantidades suficientes en el material de desecho a ser tratado, por ejemplo en forma de carbonatos (FeC03) o en el aire que se suministra al procedimiento de oxidación. Las bacterias autótrofas apropiadas para oxidar especies de azufre y/o hierro incluyen bacterias mesófilas, en particular especies de Thiobacillus tales como T. ferrooxidans y T. thiooxidans y especies de Leptospirillum incluyendo L. ferroxidans , bacterias moderadamente termófilas, en particular especies de Acido icrobiu , Sulfobacillus y Thiobacillus y bacterias extremadamente termófilas, en particular especies de Sulpholobus y Acidianus tales como S. acidocaldarius . Las bacterias mesófilas son activas típicamente a temperaturas entre 20°C aproximadamente y 45°C aproximadamente, las termófilas moderadas entre 45°C y 65°C aproximadamente y las termófilas extremas entre 65 y 90°C aproximadamente. La oxidación biológica se efectúa a un pH entre 0.5 y 4, en especial entre 1 y 3, a una temperatura (dependiendo del tipo de bacteria utilizada) entre temperatura ambiente y aproximadamente 85°C aproximadamente o incluso hasta 90°C. Un procedimiento que utiliza bacterias mesófilas se hace funcionar de preferencia entre 30 y 45°C, mientras que un procedimiento que utilice bacterias termófilas de preferencia se efectúa entre 50 y 80°C. De conformidad con la invención, se pueden utilizar bacterias hipertermóf i las que puedan presentar actividad entre 75 y 90°C aproximadamente, las cuales se pueden aislar de fuentes termales y de otras fuentes de agua caliente, a dichas temperaturas elevadas. Por lo general, la oxidación biológica de arsénico requiere la presencia de un catalizador mineral, en particular un metal (semi-)noble o metal o un complejo de metal de la serie galvánica desde los metales nobles hacia los complejos comparables con los minerales de tipo pirita. Estos últimos incluyen pirita, calcopirita y molibdenita. El catalizador debe tener una superficie limpia. La reacción para la disolución oxidativa de trióxido de arsénico mediante el ion férrico se puede representar mediante la siguiente ecuación: As203 + 2Fe(S04)3 + 5H20 ? 2H3As04 + 4FeS04 + 2H2SO< El ion férrico es regenerado por las bacterias utilizando oxígeno, de modo que la reacción neta es la conversión de As203 con oxígeno y agua hasta H3As04. El hierro trivalente necesario para producir el compuesto de arsénico insoluble se puede agregar como tal, si se dispone de una fuente económica de hierro trivalente soluble. Sin embargo, con frecuencia no se dispone de una fuente apropiada de hierro trivalente fácilmente soluble, aunque podría estar presente una fuente de hierro económica, en especial en el sitio de una mina. Una fuente común de hierro es la pirita (FeS2) o la pirrotita (FeS o Fe7S8) • Además, también se pueden utilizar los productos de oxidación de las mismas, tales como los óxidos de hierro. De manera más conveniente, la fuente de hierro es desperdicio de hierro, el cual por lo general está disponible en los sitios de las minas y en otros sitios en los cuales se debe desechar el arsénico, por ejemplo en forma de equipo descompuesto o sin utilizar, rieles, andamios y similares. Entonces se prefiere que el hierro trivalente sea producido mediante disolución oxidativa biológica de la fuente de hierro, utilizando las mismas bacterias que aquellas que ayudan a la oxidación de arsénico. Las oxidaciones se pueden realizar en forma simultánea en el mismo reactor, pero de preferencia, la generación de hierro trivalente en solución se realiza en un reactor separado. En el primer caso, también se puede utilizar la pirita empleada para catalizar la oxidación de arsénico para proveer el hierro que haga precipitar el arsenato férrico. La precipitación de arsénico en forma estable se presenta con un exceso de ion férrico, lo que da como resultado arsenato férrico amorfo estable. Se encontró que la estabilidad es satisfactoria cuando la relación molar de Fe/As en el precipitado es mayor de 4. Para una solución de arsénico de 10 g/litro, la precipitación inicia a un pH = 3 aproximadamente. Se puede presentar la siguiente reacción: 2H3As04 + 4Fe2(S04)3 + 22H20 -» 2FeAs04'3Fe (OH) 3"2H20 + 12H2S04 La reacción global produce ácido. Sin embargo, la fuente de hierro puede contener cierta cantidad de ganga que consuma ácido. Además, se puede reducir la producción de ácido utilizando minerales que contengan hierro con niveles bajos de azufre. Cuando se utiliza pirrotita en lugar de pirita, la oxidación biológica del mineral que contiene hierro se torna en una reacción que consume ácido en vez de una reacción que produzca ácido . Una opción preferida de conformidad con la invención es precipitar el ácido arsénico bajo condiciones cuidadosamente controladas como escorodita cristalina ( FeAs04.2H20 ; Fe/As = 1), lo cual reduce en forma considerable el requerimiento de hierro y por lo tanto la producción de ácido. Esta opción requiere una relación molar de hierro a arsénico de aproximadamente 1:1. Por lo tanto, la cantidad de hierro agregado se ajusta de tal manera que se obtenga esta relación en el reactor de precipitación. De preferencia se utiliza entre 0.9 y 1.8 moles de hierro por cada mol de arsénico presente en el material de desecho que contiene arsénico a ser tratado. La reacción neta es como sigue : 2H3As04 + Fe2(S04)3 + 2H20 ? 2FeAs04-2H20 + 3H2 2S¿>O?j Cuando se asume que la disolución del hierro es el paso que limita la velocidad, la cinética del procedimiento general se eleva en forma considerable cuando se necesita menos hierro. Por lo tanto el requerimiento de oxígeno se reduce, haciendo reducir tanto los costos de operación como los costos de inversión. Se favorece la precipitación de escorodita cristalina, aunque no necesariamente. Ésta puede presentarse a temperaturas elevadas (por encima de 80°C) y a un pH controlado (aproximadamente 2-3, dependiendo de las concentraciones) . Debido a que se pueden usar termófilos para oxidar tanto el hierro como el arsénico, la invención también es apropiada para aplicaciones a temperaturas elevadas . El procedimiento de la invención se puede efectuar en forma conveniente en una instalación como la que se muestra en la figura 1 anexa. De conformidad con esta figura, se introduce el material de desecho de arsénico trivalente (As203) y el catalizador (por ejemplo pirita) en un tanque de mezclado 1. También se puede proveer al tanque 1, medios para ajustar el pH entre por ejemplo 1 y 3. El líquido mezclado se transfiere hacia el reactor 2 de aire comprimido, que tiene una entrada para oxígeno 21, medios para mantener una recirculación vertical (cilindro) 22, y un separador de placa 23 para separar el líquido tratado de la biomasa. Se abastece un segundo reactor aeróbico (de aire comprimido) 3 con una fuente de hierro (por ejemplo pirita) y también tiene una entrada de oxígeno 31, un cilindro interno 32 y un separador 33. Los nutrientes, incluyendo por ejemplo fosfato y nitrato, se pueden agregar a ambos reactores aeróbicos 2 y 3. Los efluentes provenientes del reactor 2 y del reactor 3 se conducen hacia un tanque de mezclado 4. Se puede proveer a las líneas entre los reactores 2 y 3, respectivamente, y el tanque 4 con un sistema de dosificación 24 y 34, respectivamente, por ejemplo, con un indicador redox, conectado a un regulador de flujo. El efluente del tanque de mezclado 4 se abastece a un tanque de precipitación 5, en el cual el pH se ajusta hasta 4 aproximadamente (utilizando CaC03) . En lugar de los tanques 4 y 5 diferentes, se podría utilizar un solo tanque para mezclado/precipitación. La mezcla sol ido/ 1 íquido proveniente del tanque 5 se separa en el separador 6. El precipitado sólido emitido del separador 6 se puede descargar o se puede volver a utilizar ajustando, por ejemplo, el pH en el procedimiento. De manera alternativa, también se puede efectuar el procedimiento de conformidad con la invención, en una instalación como la mostrada en la figura 2. Se hace referencia en las partes similares en las figuras 1 y 2 con números iguales. De conformidad con esta figura, el material de desecho de arsénico trivalente (por ejemplo, arsenita disuelta) , el catalizador (por ejemplo, pirita) y la fuente de hierro se introducen en el tanque de mezclado 1. Tanto la oxidación de arsénico como la disolución oxidativa de hierro se llevan a cabo en el reactor de aire comprimido 2. El procedimiento adicional puede ser como el que se describe para la instalación de la figura 1.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para eliminar e inmovilizar arsénico a partir de un material de desecho que contiene arsénico que comprende (a) oxidar el arsénico hasta arsénico pentavalente en un medio acuoso utilizando bacterias oxidantes a un pH entre 0.5 y 4 y a una temperatura entre 20 y 90°C en presencia de un catalizador mineral; (b) agregar al arsénico entre 0.9 y 1.8 moles de hierro por cada mol de arsénico, caracterizado porque el hierro es hierro trivalente o está oxidado hasta hierro trivalente, y permitir que dicho arsénico pentavalente y dicho hierro trivalente formen un compuesto de hierro- arsénico insoluble que tenga una relación molar de Fe/As de aproximadamente 1:1, y (c) separar el compuesto de hierro- arsénico precipitado del medio acuoso.

2. - Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el hierro se oxida hasta hierro trivalente mediante disolución oxidativa de una fuente de hierro utilizando bacterias oxidantes.

3.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la oxidación del hierro se efectúa en forma separada de la oxidación del arsénico.

4.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado además porque dicha fuente de hierro comprende pirita (FeS2) o pirrotita (FeS) o un producto de oxidación de las mismas .

5. - Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado además porque dicho hierro trivalente se obtiene oxidando desperdicio de hierro.

6. - Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado además porque se agrega aproximadamente 1 mol de hierro trivalente por cada mol de arsénico.

7. - Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado además porque dicho catalizador mineral es un catalizador que contiene azufre tal como pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2) o molibdenita (MoS2) .

8. - Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado además porque dicho compuesto de hierro- arsénico insoluble es escorodita (FeAs04.2H20) .

9. - Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado además porque la oxidación de arsénico se efectúa a una temperatura entre 30 y 45°C .

10.- Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado además porque dicha bacteria oxidante comprende bacterias mesófilas de las especies Thi oba ci l l u s ferrooxi dans , T . thi ooxi dan s y/o Lep tospi ri l l um ferooxi dans .

11.- Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado además porque la oxidación de arsénico se efectúa a una temperatura entre 45 y 65°C.

12.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado además porque dicha bacteria oxidante comprende bacterias termófilas de los géneros Acidomícrobium , Sulfobacillus y/o Thiobacillus .

13. - Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado además porque la oxidación de arsénico se efectúa a una temperatura entre 65 y 90°C.

14.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicha bacteria oxidante comprende bacterias termófilas de los géneros Sulpholobus y/o Acidianus , en particular de la especie S. acidocaldarius .

15.- Un procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado además porque la oxidación del arsénico se efectúa en un reactor de aire comprimido .