BRPI1005889A2 - computerized equipment for bioleaching of mineral sulfide flotation concentrates - Google Patents
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Abstract
EQUIPAMENTO COMPUTADORIZADO PARA BIOLIXIVIAÇçO DE CONCENTRADOS DE FLOTAÇçO DE SULFETOS MINERAIS. E objeto do presente pedido de privilégio de invenção, um equipamento computadorizado capaz de monitorar um processo de biolixiviação de sulfetos utilizando-se consórcios microbianos distintos como microorganismos mesófilos, termófilos moderados e termófilos extremos que atuam em faixas de temperatura apropriadas. O referido equipamento é composto de uma coluna de leito mineral (1), janelas de inspeção (2), janelas de amostragem de sólidos (3), entrada de suprimento de CO~ 2~ (4), entrada de ar (5), umidificador de ar (6), medidores de temperatura (7), dispositivos para medição do potencial redox (8), saída da lixívia (9) e suporte (10). O processo de biolixiviação é iniciado dentro de um tanque delixívia (11) acoplado a coluna de leito mineral (1), contendo uma solução lixiviante numa temperatura que varia de 30 a 800C de acordo com o gradiente da concentração do metal de interesse na lixívia pelo tempo de lixiviação. A solução lixiviante é constantemente homogeneizada por uma bomba pneumática (13) e depois bombeada por uma bomba dosadora (14) através de um tubo (15) até o topo da coluna de leito mineral (1). A saída da lixívia (9) é retornada novamente para o tanque de lixívia (11) compreendendo um processo contínuo até a concentração desejada do metal de interesse.COMPUTER EQUIPMENT FOR BIOLIXIVIATION OF MINERAL SULPHET FLOTATION CONCENTRATES. An object of the present application is a computerized equipment capable of monitoring a sulfide bioleaching process using distinct microbial consortia such as mesophilic, moderate thermophilic and extreme thermophilic microorganisms acting in appropriate temperature ranges. Said equipment is comprised of a mineral bed column (1), inspection windows (2), solids sampling windows (3), CO ~ 2 ~ supply inlet (4), air inlet (5), air humidifier (6), temperature gauges (7), redox potential measuring devices (8), bleach outlet (9) and support (10). The bioleaching process is initiated within a bleach tank (11) coupled to the mineral bed column (1), containing a leach solution at a temperature ranging from 30 to 800 ° C according to the gradient of the concentration of the metal of interest in the bleach. leaching time. The leach solution is constantly homogenized by a pneumatic pump (13) and then pumped by a metering pump (14) through a tube (15) to the top of the mineral bed column (1). The bleach outlet (9) is returned back to the bleach tank (11) comprising a continuous process to the desired concentration of the metal of interest.
Description
Relatório descritivo da patente de Privilégio de Invenção para "EQUIPAMENTO COMPUTADORIZADO PARA BIOLIXIVIAÇÃO DE CONCENTRADOS DE FLOTAÇÃO DE SULFETOS MINERAIS".Descriptive report of the Privilege of Invention patent for "COMPUTERIZED EQUIPMENT FOR BIOLIXIVIATION OF MINERAL SULPHET FLOTATION CONCENTRATES".
A presente patente de privilégio de invenção encontra aplicação no campo da hidrometalurgia a partir de um processo de biolixiviação de concentrado de flotação de sulfetos minerais.The present invention patent finds application in the field of hydrometallurgy from a mineral sulfide flotation concentrate bioleaching process.
A biolixiviação é um processo bioquímico que está baseado na capacidade que certos microorganismos possuem em transformar elementos insolúveis presentes em certos minérios em elementos solúveis e fáceis de serem extraídos destes minérios.Bioleaching is a biochemical process that is based on the ability of certain microorganisms to transform insoluble elements present in certain ores into soluble and easily extractable elements from these ores.
Dentre os vários tipos de minérios destaca-se os sulfetos minerais que podem ser identificados como a Calcocita (Cu2S), Bornita (Cu5FeS4), Galena (PbS)5Esfalerita (ZnS)5 Calcopirita (CuFeS2), Pirrotita (Fel-xS), Pentlandita (Fe,Ni)9S8, Covelita (CuS), Cinábrio (HgS), Ouropigmento (As2S3), Estibnita (Sb2S3)5Pirita (FeS2), Marcasita (FeS2), Molibdenita (MoS2), Arsenopirita (FeAsS), enargita ( Cu3AsS4), tenantita (Cui2As4Si3), dentre outros. Certos elementos como cobre, urânio, zinco, mercúrio, chumbo e arsênio são alguns dos metais que podem ser extraídos via processo bioquímico.Among the various types of ores, we can highlight the mineral sulfides that can be identified as Calcocite (Cu2S), Bornite (Cu5FeS4), Galena (PbS) 5Sfalerite (ZnS) 5 Calcopyrite (CuFeS2), Pirrotite (Fel-xS), Pentlandite (Fe, Ni) 9S8, Covellite (CuS), Cinnabar (HgS), Ouropigment (As2S3), Stibnite (Sb2S3) 5Pyrite (FeS2), Marcasite (FeS2), Molybdenite (MoS2), Arsenopyrite (FeAsS), Enargite (Cu3As) , tenantite (Cui2As4Si3), among others. Certain elements such as copper, uranium, zinc, mercury, lead and arsenic are some of the metals that can be extracted via the biochemical process.
Os microorganismos lixiviantes são caracterizados pela singular capacidade de se desenvolverem em ambientes praticamente inabitáveis para a maioria dos microorganismos, pois habitam em lugares com pH extremamente baixo e temperaturas que podem variar entre 25 a 80°C.Leaching microorganisms are characterized by their unique ability to thrive in virtually uninhabitable environments for most microorganisms, as they live in places with extremely low pH and temperatures ranging from 25 to 80 ° C.
Num processo de lixiviação de sulfetos minerais é necessária a obtenção de um concentrado de flotação para que se consiga extrair uma grande parte do metal de interesse. No caso do metal cobre, por exemplo, os principais minérios são a calcopirita, bornita, calcocita, enargita, tentantita e a covelita, sendo que a calcopirita é a espécie mais abundante e a mais importante economicamente.In a mineral sulfide leaching process it is necessary to obtain a flotation concentrate in order to extract a large part of the metal of interest. In the case of copper metal, for example, the main ores are chalcopyrite, bornite, chalcocite, enargite, tentantite and covellite, and chalcopyrite is the most abundant and economically important species.
A obtenção de cobre a partir de concentrados de flotação segue rota tecnológica convencional em função das especificidades mineralógicas que compõem tal concentrado. Num processo de lixiviação química, o concentrado de flotação de sulfetos de cobre é convertido diretamente em cobre blister (cobre metálico impuro), pelo processo flash smelting e, em seguida, refinado eletroliticamente. Embora o processo pirometalúrgico apresente a vantagem de transformar os distintos sulfetos de cobre desses concentrados de flotação em cobre metálico numa única etapa, este apresenta, em contrapartida, o inconveniente da geração de anidrido sulfuroso (SO2) juntamente com emanações vapores de metais pesados, como cádmio, arsênio, mercúrio, bismuto, selênio etc.The obtaining of copper from flotation concentrates follows conventional technological route due to the mineralogical specificities that make up such concentrate. In a chemical leaching process, copper sulphide flotation concentrate is converted directly to blister copper by flash smelting and then electrolytically refined. Although the pyrometallurgical process has the advantage of transforming the distinct copper sulfides of these flotation concentrates into metallic copper in one step, it has the disadvantage of generating sulfur dioxide (SO2) together with heavy metal vapor fumes such as cadmium, arsenic, mercury, bismuth, selenium etc.
Entretanto, a lixiviação biológica ou biolixiviação se mostra bastanteHowever, biological leaching or bioleaching is quite
atraente no que tange à eliminação das emanações gasosas, devido às condições brandas de processo e à obtenção de uma lixívia ácida contendo o metal de interesse. No processo de biolixiviação podem ser utilizados microorganismos autotróficos, acidófilos estritos e quimiolitotróficos, mesófilos e termófilos para extração do metal de interesse.attractive for the elimination of gaseous fumes due to mild process conditions and the obtaining of an acid bleach containing the metal of interest. In the bioleaching process, autotrophic microorganisms, strict acidophilic and chemilitotrophic microorganisms, mesophiles and thermophiles may be used to extract the metal of interest.
Destacam-se como microorganismos mesófilos, os microorganismos que atuam na temperatura entre 25 a 40°C. Os termófilos moderados são os microorganismos cuja temperatura de atuação varia entre 40 a 55°C, enquanto microorganismos termófilos extremos são aqueles (microorganismos) que atuam na faixa de temperatura entre 55 e 80°C.Stand out as mesophilic microorganisms, the microorganisms that act at temperatures between 25 to 40 ° C. Moderate thermophiles are microorganisms whose operating temperature ranges from 40 to 55 ° C, while extreme thermophilic microorganisms are those (microorganisms) that act in the temperature range between 55 and 80 ° C.
Dentre os mecanismos de lixiviação microbiana que participam da oxidação de sulfetos, dois são os mais conhecidos como sendo mecanismos diretos e indiretos. No mecanismo direto há a adsorção de bactérias na superfície de materiais particulados que podem ser rejeitos ou carvão, ocorrendo, preferencialmente, sobre partículas de sulfeto. No mecanismo indireto o microorganismo joga grande quantidade de íons férricos (Fe3+) em solução e estes atuam como o agente oxidante na superfície do sulfeto.Among the microbial leaching mechanisms that participate in sulfide oxidation, two are best known as direct and indirect mechanisms. In the direct mechanism there is the adsorption of bacteria on the surface of particulate materials that may be tailings or coal, preferably occurring on sulfide particles. In the indirect mechanism the microorganism throws large amount of ferric ions (Fe3 +) in solution and these act as the oxidizing agent on the sulfide surface.
Este mecanismo envolve o ciclo de oxi-redução Fe2+/Fe3+, segundo duas etapas: (a) interação química do Fe3+ com a superfície mineral, e (b) regeneração do Fe3+ pela bactéria. O potencial redox está diretamente relacionado com a razão da atividade dos íons Fe2+/Fe3+ e, dessa forma pode se relacionar a ação dos microorganismos pela determinação do potencial redox.This mechanism involves the Fe2 + / Fe3 + oxy-reduction cycle, according to two steps: (a) chemical interaction of Fe3 + with the mineral surface, and (b) regeneration of Fe3 + by the bacteria. The redox potential is directly related to the activity ratio of Fe2 + / Fe3 + ions and, thus, the action of microorganisms by determining the redox potential can be related.
A presente invenção visa controlar de forma ordenada os processos biológicos que ocorrem numa pilha de concentrado de flotação de sulfetos. Numa pilha de biolixiviação sem controle externo, é observado que microorganismos mesófilos são atuantes nas áreas mais externas da pilha, ou seja, nas áreas onde ocorre maior troca térmica, e os termófilos moderados e extremos atuam nas partes mais internas da pilha, em suas faixas correspondentes de temperatura.The present invention aims to control in an orderly manner the biological processes that occur in a sulphide flotation concentrate stack. In an uncontrolled bioleaching cell, it is observed that mesophilic microorganisms are active in the outermost areas of the cell, ie, the areas where there is the greatest heat exchange, and the moderate and extreme thermophiles act on the innermost parts of the cell in their ranges. temperature matching.
Os processos oxidativos que ocorrem, possuem caráter exotérmico e há uma tendência de elevação intensa de temperatura no interior do corpo da pilha, podendo ocorrer, como conseqüência dessa intensificação de calor, a morte de parte desses microorganismos. No entanto, com o controle de temperatura em combinação com a vazão de insuflação de ar pode-se evitar a morte dos microorganismos e chegar a um resultado significativo de extração do metal de interesse.The oxidative processes that occur have an exothermic character and there is a tendency of intense temperature increase inside the body of the cell, which may result, as a consequence of this heat intensification, the death of part of these microorganisms. However, with temperature control in combination with the air insufflation flow, the death of microorganisms can be prevented and a significant result of the extraction of the metal of interest can be achieved.
A patente PI 0015071 depositada em 23/10/2000 trata de um método para operar um processo de biolixiviação pelo potencial redox. Os inventores relacionaram a atividade máxima de certos microorganismos com o potencial redox, colocando um cultivo misto de bactérias mesófilas, termófilas moderadas e extremas, verificando que algumas das cepas de bactérias, individualmente, apresentaram uma atividade ótima numa determinada faixa de potencial redox. Os inventores propuseram um processo de biolixiviação submetendo uma lama biolixiviante, garantindo a atividade ótima dos microorganismos pelo controle dos teores de oxigênio dissolvido e dióxido de carbono, de maneira que, estejam sempre acima de um limite mínimo estabelecido, verificando ainda a atividade ótima dos microorganismos através do potencial redox.PI 0015071 filed 10/23/2000 deals with a method for operating a bioleaching process by the redox potential. The inventors related the maximum activity of certain microorganisms with the redox potential, placing a mixed culture of moderate and extreme thermophilic mesophilic bacteria, verifying that some of the individual strains of bacteria showed optimal activity over a given range of redox potential. The inventors proposed a bioleaching process by subjecting a bioleaching mud, ensuring the optimal activity of the microorganisms by controlling the dissolved oxygen and carbon dioxide levels, so that they are always above the established minimum limit, while verifying the optimal activity of the microorganisms. through the redox potential.
A presente invenção difere da PI 0015071, pois consegue monitorar por computador a determinação do potencial redox, temperatura, pressão e pH, além de permitir identificar a atuação de distintos consórcios microbianos a saber: mesófilos, termófilos moderados e extremos, utilizando um equipamento constituído de uma coluna, contendo o leito mineral no qual é estabelecido uma rampa de aquecimento do corpo mineralizado, pelo fornecimento de calor externo, identificando os patamares de temperaturas próprios de cada consórcio atuante.The present invention differs from PI 0015071 in that it can monitor by computer the determination of the redox potential, temperature, pressure and pH, besides allowing to identify the performance of different microbial consortiums: mesophiles, moderate and extreme thermophiles, using equipment consisting of a column, containing the mineral bed in which a heating ramp of the mineralized body is established by the external heat supply, identifying the temperature levels proper to each acting consortium.
A coluna de biolixiviação possui, também, janelas que servem para amostragem do leito mineral, durante o processo de biolixiviação, para a devida identificação dos microorganismos aderidos às partículas dos sulfetos minerais. Assim, por meio da retirada da amostra e identificação dos microorganismos através de técnicas de biologia molecular, é possível fazer o monitoramento da comunidade bacteriana.The bioleaching column also has windows that serve to sample the mineral bed during the bioleaching process, for the proper identification of microorganisms adhered to the mineral sulfide particles. Thus, through sample removal and identification of microorganisms through molecular biology techniques, it is possible to monitor the bacterial community.
Da mesma forma se pode proceder para a verificação da densidade populacional microbiana, que está aderida às partículas dos sulfetos minerais existentes. Aliando o monitoramento microbiológico às medidas de potencial redox, que estão diretamente associadas ao monitoramento computadorizado permanente da coluna, é possível fazer a interpretação dos processos bio- oxidativos que se distribuem ao longo de todo leito mineral constituinte do interior da coluna.The same can be done to verify the microbial population density, which is adhered to the existing mineral sulfide particles. Combining microbiological monitoring with redox potential measurements, which are directly associated with permanent computerized monitoring of the spine, it is possible to interpret the bio-oxidative processes that are distributed throughout the mineral bed constituting the interior of the spine.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um equipamento computadorizado capazSUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to computerized equipment capable of
de monitorar um processo de biolixiviação de sulfetos utilizando-se consórcios microbianos distintos que atuam em faixas de temperatura apropriadas.to monitor a sulfide bioleaching process using distinct microbial consortia that act in appropriate temperature ranges.
O concentrado de flotação de sulfetos é colocado dentro de uma coluna de biolixiviação estabelecendo-se uma rampa de aquecimento do corpo mineralizado, pelo fornecimento de calor externo, com patamares de temperaturas próprios de cada consórcio atuante. O fato que determina a mudança de um patamar de temperatura mais baixo para um mais elevado é a constatação da diminuição do gradiente da concentração do metal de interesse na lixívia ao longo do tempo de lixiviação.The sulphide flotation concentrate is placed inside a bioleaching column establishing a heating ramp of the mineralized body, by providing external heat, with temperature levels of each acting consortium. The fact that determines the change from a lower temperature threshold to a higher one is the decrease in the concentration gradient of the metal of interest in the bleach over the leaching time.
Este equipamento conta, ainda, com um dispositivo mecânico, posicionandoThis equipment also has a mechanical device, positioning
em diversas alturas de leito mineral, medidores de temperatura fixados na parede da coluna para se monitorar o potencial redox e medidores de temperatura da lixívia que percola pelo referido leito mineral. A coluna de biolixiviação possui, também, distintas janelas para amostragem da carga mineral, durante o processo de biolixiviação com o intuito de identificar os microorganismos aderidos às partículas dos sulfetos minerais. Este equipamento propicia através das medidas de potencial redox, juntamente com as identificações dos microorganismos atuantes nas distintas regiões da carga mineral.at various heights of the mineral bed, temperature meters fixed to the column wall to monitor the redox potential and temperature meters of the bleach that percolates through the mineral bed. The bioleaching column also has different windows to sample the mineral load during the bioleaching process in order to identify the microorganisms adhered to the mineral sulfide particles. This equipment provides through the redox potential measurements, together with the identification of the microorganisms acting in the different regions of the mineral load.
Essas são as ferramentas necessárias para a interpretação dos processos bio- oxidativos das espécies minerais que ocorrerão ao longo de toda carga mineral posicionada dentro de uma coluna de leito mineral, podendo-se chegar a resultados próximos a 99% de extração do metal de interesse, mediante o uso do monitoramento contínuo computadorizado.These are the necessary tools for the interpretation of the bio-oxidative processes of the mineral species that will occur along the entire mineral load positioned within a mineral bed column, reaching results close to 99% extraction of the metal of interest. using continuous computerized monitoring.
Para facilitar a compreensão e visualização do presente privilégio, o mesmo será apresentado nos desenhos representativos e fotos em anexo, sendo:To facilitate the understanding and visualization of this privilege, it will be presented in the representative drawings and attached photos, as follows:
A Figura 1 apresenta o equipamento constituído de uma coluna de biolixiviação;Figure 1 shows the equipment consisting of a bioleaching column;
A Figura 2, apresenta o dispositivo mecânico, posicionando em diversas alturas de leito mineral, fixado na parede da coluna, para se monitorar o potencial redox da lixívia;Figure 2 shows the mechanical device, positioned at various heights of the mineral bed, fixed to the column wall, to monitor the redox potential of bleach;
A Figura 3, apresenta a parte inferior da coluna de biolixiviação; Na Figura 4, é apresentada uma foto de vista inferior; A Figura 4, apresenta um gráfico da variação da temperatura alterada de acordo com tempo de reação.Figure 3 shows the bottom of the bioleaching column; In Figure 4, a bottom view photo is shown; Figure 4 presents a graph of the change in temperature changed according to reaction time.
Com o intuito de tornar mais clara a presente invenção, a seguir descreve-se o equipamento computadorizado capaz de monitorar as etapas de um processo de biolixiação composta de uma coluna de biolixiviação conforme ilustrado nas Figuras 1, 2 e 3 e a Figura 4 mostra como a mudança de temperatura está diretamente relacionada com a variação da concentração do metal de interesse.In order to clarify the present invention, the following describes the computerized equipment capable of monitoring the steps of a bioleaching process composed of a bioleaching column as illustrated in Figures 1, 2 and 3 and Figure 4 shows how The temperature change is directly related to the variation of the concentration of the metal of interest.
A presente invenção tem como objetivo principal investigar a atuação dos distintos consórcios microbianos, num equipamento computadorizado constituído de uma coluna de leito mineral (1), onde é colocada a carga mineral a ser biolixiviada. Há também na coluna de leito mineral (1), pelo menos, duas janelas de inspeção (2) com diâmetro suficiente tanto para descarregar a coluna quanto para visualizar a integridade da carga mineral e pelo menos três janelas de amostragem de sólidos (3) que servem para retirada das amostras para devida identificação dos microorganismos, bem como para a verificação da densidade populacional microbiana aderida às partículas dos sulfetos minerais existentes. Estas janelas de amostragem de sólidos estão localizadas na parte superior, no meio e na parte inferior da coluna, com o intuito de verificar os diferentes tipos de microorganismos nestes três estágios da carga mineral.The present invention aims to investigate the performance of the different microbial consortia in a computerized equipment consisting of a mineral bed column (1), where the mineral load to be bioleached is placed. There are also in the mineral bed column (1) at least two inspection windows (2) of sufficient diameter both to discharge the column and to visualize the integrity of the mineral load and at least three solids sampling windows (3) which They are used to remove samples for proper identification of microorganisms, as well as to verify the microbial population density adhered to existing mineral sulfide particles. These solids sampling windows are located at the top, middle and bottom of the column in order to verify the different types of microorganisms in these three stages of mineral loading.
Como as bactérias para o processo de biolixiviação são em sua grande maioria quimiolitotróficas, há a necessidade de uma entrada de suprimento de CO2 (4) localizada na parte inferior da coluna de leito fixo (1). Da mesma forma, se faz necessária, a existência de uma entrada de ar (5) que passa antes por um umidificador (6) para garantir que o ar entre úmido e não prejudique o crescimento dos microorganismos, ao longo da coluna de leito mineral (1), onde há medidores de temperatura (7) e dispositivos para medição do potencial redox (8). Na parte inferior há a saída da lixívia (9) que é detalhada na Figura 3, sendo que esta coluna é sustentada por um suporte (10).As the bacteria for the bioleaching process are mostly chemilithotrophic, there is a need for a CO2 supply inlet (4) located at the bottom of the fixed bed column (1). Likewise, it is necessary to have an air inlet (5) that passes through a humidifier (6) beforehand to ensure that the air enters damp and does not hinder the growth of microorganisms along the mineral bed column ( 1), where there are temperature gauges (7) and devices for measuring redox potential (8). At the bottom is the bleach outlet (9) which is detailed in Figure 3, and this column is supported by a support (10).
Para que se inicie o processo de biolixiviação da carga mineral há um tanque de lixívia (11) que tem conexão com a coluna de leito mineral (1). Neste tanque de lixívia (11) está presente uma solução lixiviante cujos componentes serão descritos mais adiante. Esta solução lixiviante contida dentro do tanque de lixívia (11) tem sua temperatura controlada por uma resistência (12) imersa nesta solução, cujo valor da temperatura é controlado por um medidor de temperatura - termopar (7). A solução é constantemente homogeneizada por uma bomba pneumática (13) que faz com que a solução circule. Esta solução é bombeada por uma bomba dosadora (14) através de um tubo (15) até ao topo da coluna de leito mineral (1); sendo que esta bomba dosadora (14) tem o intuito de manter o fluxo constante da solução desde o topo da coluna de leito mineral (1) que pode variar de 2 a 4 L/h. Acoplado ao tubo (15) há um transmissor de pressão (16) que serve para observar se houve alguma obstrução na linha do tubo.In order to start the bioleaching process of the mineral filler there is a bleach tank (11) that has connection with the mineral bed column (1). In this bleach tank (11) a leach solution is present whose components will be described below. This leach solution contained within the bleach tank (11) has its temperature controlled by a resistor (12) immersed in this solution, the temperature value of which is controlled by a thermocouple temperature gauge (7). The solution is constantly homogenized by a pneumatic pump (13) which circulates the solution. This solution is pumped by a metering pump (14) through a tube (15) to the top of the mineral bed column (1); wherein this metering pump (14) is intended to maintain the constant flow of the solution from the top of the mineral bed column (1) which may vary from 2 to 4 L / h. Attached to the pipe (15) is a pressure transmitter (16) to check for obstruction in the pipe line.
A Figura 2 mostra o detalhamento dos dispositivos de medição de potencial redox (8) que ficam localizados na parte superior, meio e inferior da coluna, com o intuito de verificar os prováveis microorganismos atuantes nestes três estágios de biolixiviação através da determinação do potencial redox. Acoplado a estes dispositivos de potencial redox (8) há uma placa perfurada de aço inox (17) localizada dentro da coluna de leito mineral (1) para transferir a solução lixiviada para o recipiente coletor (18). Esta solução lixiviada é percolada até um reservatório (19) localizado do lado de fora da coluna de leito mineral (1), onde há um eletrodo de medição de potencial redox (20) imerso na solução lixiviada.Figure 2 shows the detail of the redox potential measuring devices (8) located at the top, middle and bottom of the column, in order to verify the probable microorganisms acting in these three bioleaching stages by determining the redox potential. Coupled to these potential redox devices (8) is a perforated stainless steel plate (17) located within the mineral bed column (1) to transfer the leachate solution to the collecting container (18). This leachate solution is percolated to a reservoir (19) located outside the mineral bed column (1), where there is a redox potential measuring electrode (20) immersed in the leachate solution.
Em tempos previamente programados, há a necessidade de renovação da lixívia, esvaziando o coletor da solução (18) através de uma válvula de renovação da lixívia (21), sendo ainda que todo este conjunto denominado de dispositivo para medição do potencial redox (8) conta ainda com uma chapa de aço inox (22) para sustentação do dito dispositivo junto à parede da coluna de leito mineral (1).At pre-programmed times, there is a need for bleach renewal by emptying the solution collector (18) through a bleach renewal valve (21), although all this is called a redox potential measuring device (8). It also has a stainless steel plate (22) for supporting said device near the wall of the mineral bed column (1).
A Figura 3 mostra de uma forma mais detalhada, a parte inferior da coluna contendo o leito mineral (1) que contém, além da entrada de suprimento de CO2 (4) e ar (5), uma saída de uma mistura gasosa (23) contendo CO2 e ar, para verificar quanto de oxigênio e CO2 foi consumido. Ainda na parte inferior da coluna de leito mineral (1), há uma válvula paraFigure 3 shows in more detail the lower part of the column containing the mineral bed (1) which contains, in addition to the CO2 supply inlet (4) and air (5), an outlet of a gas mixture (23) containing CO2 and air to verify how much oxygen and CO2 were consumed. Still at the bottom of the mineral bed column (1), there is a valve for
drenagem de sólidos (24), sendo que na saída da lixívia (10), há um tubo de retorno de lixívia (25) localizado após a válvula de drenagem de sólidos (24) para que a lixívia que percola o leito mineral retorne ao tanque de lixívia (11). A lixívia, no referido tanque, é homogeneizada pelo uso de uma bomba pneumática (13) e bombeada, posteriormente, por uma bomba dosadora (14) de volta ao topo da coluna, onde repousa o leito mineral, propiciando a continuidade do processo bio-oxidativo e, com isso, dando prosseguimento à extração gradativa do elemento de interesse.solids drainage (24), and at the bleach outlet (10) there is a bleach return pipe (25) located after the solids drain valve (24) so that the bleach that percolates the mineral bed returns to the tank bleach (11). The bleach in said tank is homogenized by the use of a pneumatic pump (13) and subsequently pumped by a metering pump (14) back to the top of the column, where the mineral bed rests, providing the continuity of the bio-process. oxidative and thereby proceed with the gradual extraction of the element of interest.
A Figura 4 mostra que a temperatura pode ser alterada de acordo com o tempo de reação. No início do processo de biolixiviação a temperatura da solução lixiviante é mantida no entorno de 3 O0C controlada pelo medidor de temperatura (7). Esta temperatura é característica da atuação dos microorganismos mesófilos.Figure 4 shows that the temperature can be changed according to the reaction time. At the beginning of the bioleaching process the temperature of the leaching solution is maintained around 30 ° C controlled by the temperature gauge (7). This temperature is characteristic of the action of mesophilic microorganisms.
A concentração do metal de interesse é aferida diariamente para se averiguar o andamento do processo extrativo. Quando a concentração do metal de interesse acena para uma estabilização, ou seja, a estagnação do processo extrativo, a temperatura do leito é elevada, pela ação de uma fonte externa de calor como uma resistência (12) que fica imersa no tanque de lixívia (11). A temperatura é aumentada entre 40 a 55° C onde atuam os microorganismos termófilos moderados. Da mesma forma, quando a concentração do metal de interesse não mais aumentar com o tempo de reação, a temperatura é elevada para o último patamar numa faixa entre 55 e 80°C onde atuam os microorganismos termófilos extremos. Nessa última fase se alcança extrações do metal próximo a 99%.The concentration of the metal of interest is measured daily to check the progress of the extractive process. When the concentration of the metal of interest beckons for stabilization, ie the stagnation of the extractive process, the bed temperature is increased by the action of an external heat source such as a resistor (12) that is immersed in the bleach tank ( 11). The temperature is increased between 40 to 55 ° C where moderate thermophilic microorganisms act. Likewise, when the concentration of the metal of interest no longer increases with the reaction time, the temperature is raised to the last plateau in a range between 55 and 80 ° C where the extreme thermophilic microorganisms act. In this last phase is reached extractions of the metal close to 99%.
Alguns parâmetros de processo são monitorados, remotamente, pelo computador, a exemplo dos suprimentos de CO2 (4) e ar (fonte de oxigênio) (5); da temperatura em distintas regiões do leito mineral (1), o que é realizado pelo uso de termopares (7).Some process parameters are remotely monitored by the computer, such as CO2 (4) and air (oxygen source) supplies (5); temperature in different regions of the mineral bed (1), which is performed by the use of thermocouples (7).
Da mesma forma procede com a medição do potencial redox (8) em distintas regiões desse leito mineral (1), que é realizada pela utilização de eletrodos especiais (20) inseridos em dispositivos que propiciam tal medida pela coleta da fase líquida que percola o leito mineral (1). Desses pontos de coleta a fase líquida é transferida por vasos comunicantes, até um reservatório externo à coluna onde o referido eletrodo repousa.Similarly, the redox potential (8) is measured in different regions of this mineral bed (1), which is performed by the use of special electrodes (20) inserted in devices that provide such measurement by collecting the liquid phase that permeates the bed. mineral (1). From these collection points the liquid phase is transferred by communicating vessels to a reservoir external to the column where said electrode rests.
Assim também ocorre com o controle das resistências elétricas (12) que se encarregam de manter o sistema reacional, coluna (1) e tanque de lixívia (11), em condições desejadas, tendo em mente o tipo de consórcio microbiano atuante. Uma dessas resistências (12) é imersa no tanque de lixívia (11) para que, de acordo com o valor monitorado pelo termopar (7), seja feito o ajuste da temperatura da solução no tanque de lixívia (11). A outra resistência se encontra envolvendo, externamente, a coluna de leito mineral para que se mantenha a temperatura interna dessa coluna em valores próprios para cada consócio microbiano atuante.This is also the case with the control of the electrical resistances (12) which are in charge of keeping the reaction system, column (1) and bleach tank (11) in desired conditions, keeping in mind the type of microbial consortium that is active. One of these resistors (12) is immersed in the bleach tank (11) so that, according to the value monitored by the thermocouple (7), the solution temperature in the bleach tank (11) is adjusted. The other resistance is externally enveloping the mineral bed column to maintain the internal temperature of this column at eigenvalues for each acting microbial consortium.
Para tornar mais clara a presente invenção, a carga mineral a ser adicionada a coluna de leito mineral (1) é preparada seguindo um procedimento experimental apropriado. Em primeiro lugar é pesada entre 60 a 90% de massa de uma "rocha suporte" e entre 10 a 40% de concentrado de flotação. De uma forma mais preferida, pesa-se 90% da "rocha suporte" de 10% de concentrado de flotação do metal de interesse.To clarify the present invention, the mineral filler to be added to the mineral bed column (1) is prepared following an appropriate experimental procedure. First, it weighs between 60 and 90% by weight of a "supporting rock" and between 10 and 40% of flotation concentrate. More preferably, 90% of the "supporting rock" of 10% flotation concentrate of the metal of interest is weighed.
Como rocha suporte pode ser utilizado um minério marginal do metal de interesse (minério com baixo teor do metal de interesse), um minério comercializável, ou uma rocha inerte às condições experimentais para a realização da biolixiviação. Tomando-se como base a extração de cobre (Cu), pode-se utilizar como "rocha suporte" um minério marginal de cobre (minério com baixo teor em cobre, que não justifique o seu processamento de forma econômica) ou um minério comercializável (com teores de cobre igual ou superior a 3%) ou, até mesmo, uma rocha inerte às condições experimentais para a realização da biolixiviação (a exemplo do quartzo).As supporting rock a marginal metal of the interest of interest (low ore of interest of the metal of interest), a marketable ore or a rock inert to the experimental conditions for the bioleaching can be used. Based on the extraction of copper (Cu), a marginal copper ore (low copper ore that does not justify its economic processing) or a tradable ore ("rock support") can be used as a "supporting rock". copper content of 3% or more) or even a rock inert to the experimental conditions for bioleaching (eg quartz).
Como concentrado de flotação para a extração do cobre pode-se utilizar de 50 a 80% de calcopirita (CuFeS2) e 20 a 50% de bornita (Cu5FeS4), preferencialmente 70% de calcopirita e 30% de bornita. Entretanto, esse sistema reacional pode ser utilizado para outros sulfetos minerais, a exemplo dos de zinco, níquel, molibdênio etc.As a flotation concentrate for copper extraction, 50 to 80% chalcopyrite (CuFeS2) and 20 to 50% of bornite (Cu5FeS4), preferably 70% of chalcopyrite and 30% of bornite can be used. However, this reaction system can be used for other mineral sulfides, such as zinc, nickel, molybdenum etc.
De posse dessas duas massas, essas são misturadas em um sistema reacional, quase sempre uma betoneira, com a adição de uma suspensão dos consórcios microbianos em solução ácida sulfúrica, suficiente para manter o pH ácido (entre 1 e 2), contendo os elementos nutrientes (Ν, Ρ, K) necessários ao metabolismo dos microorganismos.With these two masses, these are mixed in a reaction system, almost always a concrete mixer, with the addition of a suspension of microbial consortia in sulfuric acid solution, sufficient to maintain the acidic pH (between 1 and 2), containing the nutrient elements. (Ν, Ρ, K) necessary for the metabolism of microorganisms.
O que ocorre, na prática, é a formação de uma camada de concentrado de flotação, finamente dividida (com partículas em torno de 60% abaixo de 60 mesh (<0,01 mm), que pode variar de 0,5 a Imm de espessura que se adere à superfície da "rocha suporte". Essa carga mineral é colocada no interior da coluna, permanecendo por pelo menos por 24 horas para que ocorra uma cura da carga mineral com a solução ácida sulfúrica. Essa cura tem por objetivo a digestão de espécies minerais constituintes da ganga do minério original que acompanha o concentrado de flotação visto que o processo de flotação, para obtenção do referido concentrado, não é 100% seletivo para os sulfetos de interesse.What occurs in practice is the formation of a finely divided flotation concentrate layer (with particles about 60% below 60 mesh (<0.01 mm), which may range from 0.5 to thickness that adheres to the surface of the “supporting rock.” This mineral filler is placed inside the column and remains for at least 24 hours to cure the mineral filler with the sulfuric acid solution. of mineral species constituting the original ore gangue accompanying the flotation concentrate since the flotation process to obtain said concentrate is not 100% selective for the sulphides of interest.
Cessado o período de cura, é dada a partida à operação de irrigação da solução lixiviante contida no tanque de lixívia (11). Esta solução lixiviante é constituída de IO1 a IO3 molar (M) de solução sulfúrica, o suficiente para manter o pH ácido (entre 1 e 2), contendo elementos nutrientes essenciais ao metabolismo dos microorganismos atuantes no processo bio-oxidativo um meio de cultura cuja composição conta com a presença de 5 a 15 g/L em FeSO4, 0,5 a 5% em enxofre elementar, 0,5 a 5 % de concentrado de flotação contendo os sulfetos do metal de interesse, visando a aclimatação dos microorganismos aos metais contidos nos referidos sulfetos, utilizam-se ainda sais inorgânicos contendo os nutrientes Ν, P e K cuja concentração dependerá de uma análise prévia da carência ou excesso desses sais no concentrado de flotação.After the curing period is over, the irrigation operation of the leach solution contained in the bleach tank (11) is started. This leach solution consists of 10 1 to 10 3 molar (M) sulfuric solution, sufficient to maintain the acidic pH (between 1 and 2), containing nutrients essential for the metabolism of the microorganisms acting in the bio-oxidative process a culture medium whose The composition has 5 to 15 g / l FeSO4, 0.5 to 5% elemental sulfur, 0.5 to 5% flotation concentrate containing the metal sulfides of interest to acclimate the microorganisms to the metals. contained in said sulfides, inorganic salts containing the nutrients Ν, P and K are also used, the concentration of which will depend on a prior analysis of the deficiency or excess of these salts in the flotation concentrate.
De uma forma mais preferida e não limitativa pode-se utilizar cerca de 0,1 a 2 g/l em (NH4)2SO4, 0,01 a 0,05 g/L em K2HPO4, 0,2 a 0,6 g/L em MgSO4.7H2 Essa solução visa suprir as necessidades nutricionais dos microorganismos atuantes no processo de biolixiviação. Ainda de uma forma mais preferida e mais eficiente utilizam-se 10 g/L de FeSO4, 1% de enxofre elementar e 1% de concentrado de flotação. A densidade populacional de microorganismos a ser utilizada é calculada em função da massa de concentrado a ser utilizada no processo bio-oxidativo e varia de IO5 a IO7 células de cada consórcio de microorganismos por grama de concentrado utilizado no processo bio-oxidativo.More preferably and non-limiting, about 0.1 to 2 g / l in (NH4) 2 SO4, 0.01 to 0.05 g / l in K2HPO4, 0.2 to 0.6 g / l may be used. L in MgSO4.7H2 This solution aims to meet the nutritional needs of microorganisms acting in the bioleaching process. Even more preferably and more efficiently 10 g / l FeSO 4, 1% elemental sulfur and 1% flotation concentrate are used. The population density of microorganisms to be used is calculated as a function of the mass of concentrate to be used in the biooxidative process and ranges from 105 to 107 cells of each microorganism pool per gram of concentrate used in the biooxidative process.
Neste processo de biolixiviação são utilizados três tipos de consórcios microbianos constituídos dos chamados microorganismos mesófilos, termófilos moderados e extremos conforme descrito anteriormente que têm a função de oxidar os íons ferrosos a férricos que, em meio ácido, agem como agente oxidante dos sulfetos minerais, e o enxofre, na forma de sulfeto (S2"), a enxofre elementar (S°) ou, de forma mais enérgica, aos íons sulfato (SO42").In this bioleaching process three types of microbial consortiums consisting of the so-called moderate and extreme thermophilic mesophilic microorganisms as described above have the function of oxidizing ferrous to ferric ions which, in acid medium, act as oxidizing agent of mineral sulfides, and sulfur in the form of sulfide (S2 "), elemental sulfur (S °) or, more vigorously, sulfate ions (SO42").
O equipamento computadorizado em questão se mostra bastante eficiente no que se refere à biodigestão de sulfetos minerais com disponibilização do metal de interesse na forma de sulfato. Com os dispositivos eletrônicos e mecânicos, como, por exemplo, termopares; medidores de fluxo de ar e CO2; circuitos eletrônicos para a aquisição de dados e software para a manipulação de dados, torna-se possível desvendar a rota de atuação dos microorganismos nos distintos consórcios utilizados, em suas faixas características de temperatura, simulando, de forma fidedigna, a ação desses microorganismos numa escala ampliada.The computer equipment in question proves to be very efficient with regard to the digestion of mineral sulfides with availability of the metal of interest in the form of sulfate. With electronic and mechanical devices such as thermocouples; air flow and CO2 meters; electronic circuits for data acquisition and software for data manipulation, it becomes possible to unravel the path of action of microorganisms in the different consortia used, in their characteristic temperature ranges, reliably simulating the action of these microorganisms on a scale. enlarged.
Os microorganismos envolvidos no processo de biolixiviação da presente invenção podem ser os microorganismos mesófilos, sendo que os principais microorganismos desse gênero utilizados neste processo de biolixiviação são: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans e Leptospirillum ferrooxidans.The microorganisms involved in the bioleaching process of the present invention may be the mesophilic microorganisms, and the main microorganisms of this kind used in this bioleaching process are: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans and Leptospirillum ferrooxidans.
O outro consórcio é constituído pelos microorganismos termófilos moderados que, igualmente aos microorganismos mesófilos, têm a tarefa de digerir os sulfetos supracitados, atuando numa faixa mais elevada de temperatura (40 a 55°C), com a mesma função de oxidar os íons ferrosos e sulfetos. Os principais microorganismos utilizados desse gênero no processo de biolixiviação são: Sulfobacillus thermosulfidooxidans, Acidithiobacillus ealdus, Aeidimierobium ferrooxidans e Sulfobacillus aeidophilus.The other consortium consists of moderate thermophilic microorganisms which, like mesophilic microorganisms, have the task of digesting the above sulfides, acting in a higher temperature range (40 to 55 ° C), with the same function of oxidizing ferrous ions and sulfides. The main microorganisms used of this genus in the bioleaching process are: Sulfobacillus thermosulfidooxidans, Acidithiobacillus ealdus, Aeidimierobium ferrooxidans and Sulfobacillus aeidophilus.
Por último tem-se o consórcio dos microorganismos termófilos extremos que atuam de forma similar as dos dois primeiros consórcios, sendo que numa faixa de temperatura mais alta (55 a 80°C). Os microorganismos desse gênero, utilizados na composição do consórcio, são: Aeidianus brierleyi, Aeidianus infernus, Metallosphaera sedula, Sulfolobulus metallieus, Sulfolobulus aeidoealdarius e Sulfolobulus shibatae.Finally there is the consortium of extreme thermophilic microorganisms that act similarly to the first two consortia, being in a higher temperature range (55 to 80 ° C). The microorganisms of this genus used in the composition of the consortium are: Aeidianus brierleyi, Aeidianus infernus, Metallosphaera sedula, Sulfolobulus metallieus, Sulfolobulus aeidoealdarius and Sulfolobulus shibatae.
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| BRPI1005889-3A BRPI1005889A2 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | computerized equipment for bioleaching of mineral sulfide flotation concentrates |
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| BRPI1005889A2 true BRPI1005889A2 (en) | 2013-04-09 |
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| BR (1) | BRPI1005889A2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103539489A (en) * | 2013-11-01 | 2014-01-29 | 内蒙古科技大学 | Integrated method for preparing potassium fertilizer from Bayan Obo potassium-rich slate |
| WO2014094091A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-26 | Centro De Tecnologia Mineral - Cetem | Method and apparatus for bioleaching primary ores, flotation wastes and weathered ores with biological production of sulfuric acid from elemental sulfur and/or pyrite |
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2010
- 2010-12-15 BR BRPI1005889-3A patent/BRPI1005889A2/en not_active Application Discontinuation
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