BR112014010832B1 - Método para lixiviação de um concentrado de metal sulfídrico - Google Patents

Método para lixiviação de um concentrado de metal sulfídrico Download PDF

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Abstract

método para lixiviação de um concentrado de metal sulfídrico” a presente invenção está correlacionada a um método para lixiviação de um concentrado de metal sulfídrico, na produção hidrometalúrgica de metal em um processo de lixiviação, em que vapor d’água quente contendo gás de exaustão é conduzido para fora e em que uma solução ácida aquecida a uma elevada temperatura é conduzida. a solução ácida é aquecida a uma elevada temperatura,colocando o gás de exaustão da etapa de lixiviação em contato direto com a solução ácida.

Description

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MÉTODO PARA LIXIVIAÇÃO DE UM CONCENTRADO DE METAL SULFÍDRICO
Campo da Invenção [001] A presente invenção está correlacionada a um método, conforme descrito no preâmbulo da reivindicação 1.
Antecedentes da Invenção [002] Métodos para lixiviação de um concentrado de metal sulfidrico em um processo de lixiviação na produção hidrometalúrgica de metal são conhecidos do estado da técnica. Vapores d'água quente contendo gases de exaustão são conduzidos para fora do processo de lixiviação. Por outro lado, uma solução ácida aquecida a uma elevada temperatura é conduzida ao processo. Esses métodos são conhecidos, por exemplo, das publicações de patentes, FI 100806B, WO 2004/076698A1 e dos artigos Outotec Direct Leaching application in China”, de autoria de Haakana T., Saxen B., Lehtinen L., Takala H., Lahtinen M., Svens K., Ruonala M., Xiao Ming; Lead & Zinc, 2008, International Symposium on Lead and Zinc Processing, Durbaan, África do Sul, 25-29 de Fevereiro de 2008, e Zinc Plant Expansion by Outotec Direct Leaching Process, de autoria de M. Lahtinen, K. Svens, T. Haakana, L. Lehtinen; Zinc and Lead Metallurgy, de autoria de L. Centomo, M.J. Collins, J. Harlamovs, e J. Liu; Editores, Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum (COM2008), Winnipeg, Canadá, 2008, 167-178, descrevendo a lixiviação direta do zinco. Ainda conhecido da publicação de patente
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FI 121713 B é um método de lixiviação de cobre. Um método de lixiviação de níquel é conhecido da publicação de patente FI 121180 B, que descreve a lixiviação de minérios de laterita de níquel.
[003] Na lixiviação de um concentrado de metal sulfidrico, o processo de lixiviação de sulfeto produz reações exotérmicas, que geram uma considerável quantidade de calor. Esse calor é removido da etapa de lixiviação em um vapor d'água quente contendo gás de exaustão. Os gases de exaustão carregam consideráveis quantidades de energia na forma de vapor d'água, numa temperatura de aproximadamente 100°C. Normalmente, os gases de exaustão são conduzidos para a atmosfera através de um purificador de gás. Por outro lado, uma solução ácida a ser alimentada ao processo de lixiviação é aquecida com vapor produzido por óleo, gás natural ou outra fonte externa de energia de aquecimento, o que acarreta grandes custos de investimento em equipamentos, custos de energia para energia externa de aquecimento e emissões de dióxido de carbono.
Objetivo da Invenção [004] O objetivo da presente invenção é amenizar os problemas acima referidos.
[005] Um particular objetivo da invenção é divulgar um método que possibilite a utilização da energia térmica contida no vapor d'água quente, contendo os gases de exaustão do processo produzidos pelas reações exotérmicas que ocorrem na lixiviação de um concentrado de
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3/12 metal sulfídrico, para aquecer uma solução ácida a ser conduzida ao processo.
[006] Um adicional objetivo da invenção é divulgar um método que possibilite uma significante redução da energia externa necessária para aquecer a solução ácida a ser conduzida ao processo e dos custos de energia, com conseqüente aumento da eficiência de energia e redução das emissões de dióxido de carbono do processo.
Resumo da Invenção [007] O método de acordo com a invenção é caracterizado pela descrição apresentada na reivindicação 1.
[008] De acordo com a invenção, uma solução ácida é aquecida a uma elevada temperatura, colocando o gás de exaustão proveniente de uma etapa de lixiviação em contato direto com a solução ácida.
[009] O calor do vapor d'água quente contido no gás de exaustão é recuperado, colocando o gás de exaustão em contato direto com a solução ácida. Assim, não ocorre nenhum uso ou necessidade de trocadores de calor convencionais, operados por transferência indireta de calor, o que poderia proporcionar o surgimento do crescimento problemático de compostos de enxofre contidos nos gases de exaustão, sobre as superfícies frias. A vantagem da invenção é que os compostos contendo enxofre não causam nenhum problema. Quando o gás de exaustão é colocado em contato direto com a solução ácida, o vapor d'água quente contido nos gases de exaustão se condensa
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4/12 sobre a superfície da solução ácida de resfriamento, de acordo com o equilíbrio líquido-gás. 0 grau de condensação depende, por exemplo, dos estados de equilíbrio das fases e da área superficial da interface entre as fases. Como a água se condensa, a solução ácida se dilui um pouco, mas, em uma proporção insignificante, não afetando o processo. Uma adicional vantagem da invenção é que a energia térmica contida no vapor d'água quente pelos gases de exaustão pode ser recuperada, de modo a ser capaz de significativamente reduzir a energia externa necessária para aquecer a solução ácida a ser conduzida ao processo e, desse modo, ser capaz de reduzir os custos de energia, de modo que a eficiência de energia do processo é aumentada e as emissões de dióxido de carbono reduzidas. A invenção é aplicável de utilização, em conexão com a lixiviação de qualquer concentrado de metal sulfídrico.
[010] Em uma modalidade do método, a solução ácida é aquecida colocando a mesma na forma de gotículas no gás de exaustão quente, o gás de exaustão estando presente na forma de uma fase contínua. Ao injetar a solução ácida na forma de gotículas no gás de exaustão, é possível se ter uma grande área de transferência de calor e uma eficiente transferência de calor.
[011] Em uma modalidade do método, a solução ácida é pulverizada através de um bocal, formando gotículas dentro do gás de exaustão, em um dispositivo onde o gás de exaustão e a solução ácida se movimentam contra o fluxo.
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5/12 [012] Em uma modalidade do método, o gás de exaustão e a solução ácida são colocados em contato mútuo por meio de uma técnica de ejetor/Venturi.
[013] Em uma modalidade do método, a solução ácida é aquecida mediante dispersão do gás de exaustão na solução ácida, em que a solução ácida se faz presente como uma fase continua.
[014] Em uma modalidade do método, o gás de exaustão é disperso dentro de uma solução de ácido sulfúrico.
[015] Em uma modalidade do método, a temperatura do vapor d'água no gás de exaustão da etapa de lixiviação é de aproximadamente 100°C.
[016]
Em uma modalidade do método, a solução ácida é aquecida a uma temperatura de aproximadamente 50 a
80°C por meio do gás de exaustão.
[017] Em uma modalidade do método, o metal a ser lixiviado é zinco o ácido é uma solução de ácido sulfúrico.
[018] Em uma modalidade do método, a solução ácida a ser aquecida é um ácido retorno obtido de um processo de eletrólise.
[019]
Em uma modalidade do método, método compreende a lixiviação em pelo menos uma etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração, de onde vapor d'água quente contendo gás de exaustão é conduzido para fora e, depois, em pelo menos uma etapa de lixiviação com
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6/12 ácido de alta concentração, onde uma solução ácida aquecida a uma elevada temperatura é conduzida.
[020] Antes de ser conduzida para a etapa de lixiviação com ácido de alta concentração, a solução ácida é aquecida a uma elevada temperatura, colocando o gás de exaustão proveniente da etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração em contato direto com a solução ácida a ser conduzida para a etapa de lixiviação com ácido de alta concentração.
Relação das Figuras [021] Na seção seguinte, a invenção será descrita em maiores detalhes por meio de modalidades exemplificativas, fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais:
- a figura 1 ilustra um diagrama em bloco de um processo ou parte de um processo, utilizando uma primeira modalidade do método de acordo com a invenção; e
- a figura 2 ilustra um diagrama em bloco de uma segunda modalidade do método de acordo com a invenção.
Descrição Detalhada da Invenção [022] A figura 1 ilustra um método para lixiviação de um concentrado de metal sulfidrico em um processo de lixiviação hidrometalúrgico.
[023] No processo de lixiviação de concentrado de metal, o concentrado de metal sulfidrico é lixiviado sob condições acidicas e oxidantes, à pressão atmosférica próxima do ponto de ebulição da solução (~ 100°C). A dissolução dos sulfetos de metal sob condições acidicas e
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7/12 oxidantes constitui um sistema de reação exotérmica e produz consideráveis quantidades de energia. Em termos simplificados, as reações podem ser descritas conforme exposto a seguir:
- um ferro trivalente (ferro férrico) oxida sulfetos de metal:
MeS(s) + Fe2(SO4)3 - MeSCU + 2 FeSCU + S° onde Me = Zn, Fe, Cu, Co, Ni, Cd, Pb etc.
[024] O ferro divalente (ferro ferroso) produzido na oxidação dos sulfetos de metal é oxidado, tornando-se trivalente, por meio de gás oxigênio e ácido sulfúrico:
FeSO4 + H2SO4 + 0,5 O2 - Fe2(SO4)3 + H2O [025] As reações acima podem também ser escritas na forma de uma reação global:
MeS(s) + H2SO4 + 0,5 O2 MeSO4 + H2O + S° [026] O processo de lixiviação inclui uma etapa de formação de lama (1) , para a qual um concentrado de metal numa forma de pó ou lama e uma solução ácida aquecida a uma elevada temperatura são alimentados, e em cuja etapa de formação de lama (1) o concentrado de metal é disperso na solução ácida, de modo a formar uma suspensão.
[027] A partir da etapa de formação de lama (1) , a suspensão do concentrado e da solução ácida é ainda conduzida para uma etapa de lixiviação (2) . Na etapa de lixiviação (2) ocorrem as reações exotérmicas. O calor gerado nas reações evapora a água, que escapa da etapa de lixiviação (2) na forma de vapor d'água quente com os gases
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8/12 de exaustão. Essa mistura de gases de exaustão/vapor d'água quente é conduzida para uma etapa de recuperação de calor (3), para aquecer a solução ácida antes de conduzir a mesma para a etapa de formação de lama (1) . Uma parte dos gases de exaustão da etapa de lixiviação (2) é levada para a etapa de recuperação de calor (3) e outra parte diretamente para um purificador, disposto após a etapa de recuperação (3). A distribuição do fluxo de gás pode ser controlada com base na medição de temperatura na etapa de lixiviação (2). Na etapa de recuperação de calor (3) , a solução ácida é aquecida a uma elevada temperatura, colocando o gás de exaustão da etapa de lixiviação em contato direto com a solução ácida.
[028] A colocação do gás de exaustão em contato direto com a solução ácida pode ser efetuada de diversas e diferentes maneiras. Uma grande área de transferência de calor da solução ácida e do gás de exaustão pode ser obtida mediante injeção de líquido na forma de gotículas no gás, ou mediante distribuição do gás no líquido. A fase contínua pode ser de gás ou líquido, dependendo do caso.
[029] Assim, por exemplo, a solução ácida pode ser provida na forma de gotículas no gás de exaustão quente, o gás de exaustão estando presente na forma de uma fase contínua. A solução ácida pode, por exemplo, ser pulverizada no gás de exaustão através de um bocal, formando gotículas em um dispositivo onde o gás de exaustão e a solução ácida se movem contra o fluxo. É ainda possível colocar o gás de exaustão e a solução ácida em contato
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9/12 mútuo por meio de uma técnica de e jetor/Venturi. Também, é ainda possível se aquecer a solução ácida mediante dispersão do gás de exaustão na dita solução ácida, em que a solução ácida se faz presente na forma de uma fase continua.
[030] A figura 2 ilustra um exemplo de um processo de lixiviação de concentrado de metal sulfidrico, no presente caso, um processo de lixiviação direta de um concentrado de zinco, desenvolvido pelo presente Requerente (Outotec® Zinc Direct Leaching Process) , efetivado com base no principio de contracorrente. O método de acordo com a invenção é adaptado ao dito processo.
[031] O método conforme apresentado na figura 2 compreende uma etapa de formação de lama (4), onde são alimentados um concentrado de zinco sulfidrico na forma de pó ou lama, e uma solução ácida aquecida a uma elevada temperatura. Na etapa de formação de lama (4), o concentrado de zinco é disperso na solução ácida, de modo a formar uma suspensão. A partir da etapa de formação de lama (4), a suspensão da solução ácida e do concentrado de zinco é conduzida para uma etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração (5), para a qual é dirigido oxigênio. Na etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração (5), onde a maior parte da dissolução ocorre, uma grande quantidade de calor é também produzida, pelo fato da ocorrência das ditas reações exotérmicas. O calor gerado nas reações evapora a água, que escapa da etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração (5) , com os gases de exaustão na forma de
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10/12 vapor d'água quente, rendo uma temperatura de aproximadamente 100°C.
[032] Ao invés de deixar esse gás de exaustão ser desperdiçado, de acordo com a invenção, o mesmo é conduzido para uma etapa de recuperação de calor (6), para aquecer um ácido de retorno obtido de um processo de eletrólise, antes de conduzir o ácido de retorno para uma etapa de lixiviação com ácido de alta concentração (7) . A eletrólise ocorre a uma temperatura abaixo de 40°C, de modo que a temperatura do ácido de retorno obtido do dito processo é de aproximadamente 35 °C.
[033] A partir da etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração (5), a suspensão é conduzida para uma primeira etapa de espessamento (8), onde a etapa de lixiviação com ácido de baixa concentração continua e de onde a lama espessada é conduzida para a etapa de lixiviação com ácido de alta concentração (7) . Os gases de exaustão produzidos na etapa de lixiviação com ácido de alta concentração (7) são também conduzidos para a etapa de recuperação de calor (6) . Na etapa de recuperação de calor (6), a solução de ácido de retorno é aquecida a uma elevada temperatura, colocando o gás de exaustão da etapa de lixiviação em contato direto com a solução de ácido de retorno. A partir da etapa de recuperação de calor (6), os gases de exaustão são removidos para a atmosfera através de um purificador de gás. Na etapa de recuperação de calor (6), o ácido de retorno pode ser aquecido, conforme a necessidade, por meio do gás de exaustão, para uma
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11/12 temperatura de aproximadamente 50 a 80 °C, preferivelmente, 65°C, no processo exemplificado na figura 2.
[034] Na etapa de recuperação de calor (6), a solução ácida pode ser provida, por exemplo, na forma de gotículas no gás de exaustão, e onde o gás de exaustão se apresenta na forma de uma fase contínua. A solução ácida pode, por exemplo, ser pulverizada através de um bocal, formando gotículas no gás de exaustão, em um dispositivo onde o gás de exaustão e a solução ácida se movem contra o fluxo. Além disso, é possível colocar o gás de exaustão e a solução ácida em contato mútuo por meio de uma técnica de ejetor/Venturi. Além disso, é possível aquecer a solução ácida mediante dispersão do gás de exaustão na dita solução ácida, em que a solução ácida está presente na forma de uma fase contínua.
[035] A partir da etapa de lixiviação com ácido de alta concentração (7), a solução ácida é conduzida para uma etapa de flotação (9), onde o enxofre flutuante é removido. A partir da etapa de flotação (9), a solução ácida e a fração não-flutuante são ainda conduzidas para uma segunda etapa de espessamento (10), onde o chumbo, a prata, a jarosita e o gesso são separados da solução ácida. A solução ácida que escapa da etapa de espessamento (10) é
aquecida com vapor antes de ser conduzida de volta para
etapa de formação de lama (4) .
[036] Além de usar os gases de exaustão das
etapas de lixiviação com ácido de baixa e alta concentração (5) e (7) para aquecer o ácido de retorno na etapa de
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12/12 recuperação de calor (6), o ácido de retorno a ser conduzido para a etapa de lixiviação com ácido de alta concentração (7) é ainda aquecido em uma etapa de trocador de calor (11) , onde o ácido de retorno é aquecido por uma fonte de energia externa. Ao utilizar os gases de exaustão das etapas de lixiviação com ácido de baixa e alta concentração para aquecer o ácido de retorno, a etapa de trocador de calor (11) precisa significativamente de menos vapor produzido por uma fonte de energia externa, do que anteriormente.
[037] A invenção não está simplesmente limitada às modalidades exemplificativas referidas acima; ao invés disso, diversas variações são possíveis dentro do escopo da idéia da invenção, a qual é definida pelas reivindicações anexas.

Claims (3)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para lixiviação de um concentrado de metal sulfídrico, na produção hidrometalúrgica de metal em um processo de lixiviação compreendendo uma etapa de lixiviação, a partir da qual vapor d'água quente contendo gás de exaustão é conduzido para fora, e em que uma solução ácida aquecida a uma temperatura elevada é conduzida, caracterizado por colocar o gás de exaustão da etapa de lixiviação em contato direto com a solução ácida para aquecer a solução ácida.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela solução ácida ser aquecida mediante fornecimento desta na forma de gotículas no gás de exaustão quente, que se apresenta como uma fase contínua.
    3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela solução ácida ser pulverizada no gás de exaustão através de um bocal, formando gotículas em um dispositivo em que o gás de exaustão e a solução ácida se
    movimentam em contracorrente.
    4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 e 3, caracterizado pelo gás de exaustão e a solução ácida serem colocados em contato mútuo por meio de uma técnica de ejetor/Venturi.
    5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela solução ácida ser aquecida mediante dispersão do gás de exaustão na solução ácida, em que a solução ácida está presente como uma fase contínua.
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    6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo gás de exaustão ser disperso em uma solução de ácido sulfúrico.
    7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela temperatura do vapor d'água no gás de exaustão da etapa de lixiviação ser 100°C.
    8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela solução ácida ser aquecida à temperatura de 50 a 80 °C por meio do gás de exaustão.
    9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo metal ser zinco e o ácido ser ácido sulfúrico.
    10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela solução ácida ser um ácido de retorno obtido de um processo de eletrólise.
    11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo método compreender a lixiviação em pelo menos uma primeira etapa de lixiviação de ácido, a partir da qual vapor d'água quente contendo gás de exaustão é conduzido para fora e, depois, em pelo menos uma segunda etapa de lixiviação de ácido, para qual uma solução ácida aquecida a uma temperatura elevada é conduzida; e em que antes de ser conduzida para a segunda etapa de lixiviação de ácido, a solução ácida é aquecida a uma temperatura elevada, colocando o gás de exaustão da primeira etapa de lixiviação
    Petição 870180150253, de 09/11/2018, pág. 20/22
  3. 3/3 de ácido em contato direto com a solução ácida a conduzida para a segunda etapa de lixiviação de ácido.
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