BRPI0607850B1 - Método para o tratamento de materiais contendo cobre - Google Patents

Description

MÉTODO PARA O TRATAMENTO DE MATERIAIS CONTENDO

COBRE

Campo técnico h presente invenção se refere a um método para o tratamento de materiais contendo cobre, tais como concentrados de cobre, de modo que as impurezas e os minerais de ganga nos materiais, como silicatos, são de fato removidos completamente.

Antecedentes e estado da arte São conhecidos métodos a partir dos pedidos de patente W02005/007905, 2005/007902 e 2005/007901 em que cobre, níquel e metais preciosos são convertidos efetivamente em produtos sulfídicos intermediários com alto conteúdo de cobre e valor calórico suficiente utilizando métodos de concentração e hidrometalúrgico. Isto ocorre em soluções de acordo com a reação a seguir (1) xCu2+ + yCuFeS2 -» zCuxS + yFeSO* + (y-z)H2S04 (1), onde o cobre em solução é convertido na forma de sulfeto de cobre por conversão utilizando material de sulfeto contendo ferro. Uma reação de conversão ocorrendo com o mesmo tipo de material de sulfeto contendo ferro é utilizado, por exemplo, para recuperar níquel e materiais preciosos a partir da solução assim como na lixiviação de matte de níquel-cobre.

Explorando os métodos conhecidos descritos nos pedidos de patente mencionados acima (W02005/007905, 2005/007902 e 2005/007901), o conteúdo de ferro, por exemplo, do concentrado de cobre, pode ser reduzido efetivamente. Contudo, de tempos em tempos surgem alguns problemas nestes métodos já que o concentrado de cobre, obtido na conversão, ainda contém minerais de ganga, tais como silicatos. Se este tipo de concentrado de cobre deficiente em ferro é utilizado, por exemplo, na fundição de cobre, estes silicatos requerem a adição de ferro para que a escória seja suficientemente liquida e possa ser extraída da fundição na temperatura desejada. Como resultado, a quantidade de escória da fundição de cobre aumenta.

Sumário da Invenção 0 propósito da presente invenção é eliminar as desvantagens do estado da arte e obter um método melhorado para o tratamento de materiais contendo cobre, tais como concentrados de cobre, de modo que as impurezas e os minerais de ganga nos materiais, tais como silicatos, possam de fato ser removidos completamente. As características essenciais da invenção se tornarão aparentes nas reivindicações em anexo.

No método de acordo com a invenção, são aplicadas condições ao material mineralizado em cobre a ser tratado, tal como um concentrado de cobre, na presença de, primeiramente, um ácido, como ácido sulfúrico, ácido clorídrico ou um ácido equivalente, e um gás contendo oxigênio, tal como oxigênio, ar ou ar enriquecido com oxigênio, no qual o cobre obtido em solução é transformado através da etapa de conversão com um material contendo sulfeto de ferro na forma de sulfeto de cobre, utilizando a reação base (1) apresentada acima. A solução de ácido sulfúrico-sulfato ferroso assim obtida também contém as impurezas do material mineralizado em cobre lixiviado, como uma quantidade de arsênio, antimônio, bismuto, urânio, zinco, níquel e cobalto. Com o sulfeto de cobre formado pela conversão, os minerais de ganga, por exemplo, silicatos, podem ser separados de acordo com a invenção por flotação e/ou por um método baseado nas diferenças de peso específico.

Na flotação do material contendo sulfeto de cobre obtido pela conversão de acordo com a invenção, o processo de flotação é realizado, preferencialmente, fazendo com que os sulfetos de cobre e os metais preciosos associados com eles no material contendo sulfeto de cobre sejam espumados, de modo que os minerais de ganga, como silicatos, façam parte do resíduo do processo de flotação por meio de inibidores químicos. 0 processo de flotação também pode ser realizado de modo que os minerais de ganga, como silicatos, sejam espumados, e o material de sulfeto contendo cobre, junto com os metais preciosos, seja recuperado no resíduo do processo de flotação por meio de inibidores químicos. Em ambos os casos, métodos espectroscópicos de potencial eletroquímico específico ou de corrente eletroquímica alternada, utilizando eletrodos minerais, podem ser aproveitados vantajosamente no processo de flotação. A separação dos minerais de ganga é melhorada e o conteúdo de ferro do sulfeto de cobre produto da conversão é reduzido de maneira benéfica e produtiva quando a temperatura de conversão é mantida na faixa entre 170-260oC, preferencialmente entre 200-220°C.

Se existe uma quantidade substancial de cloretos e/ou fluoretos na água utilizada na lixiviação ou em outros tratamentos de materiais contendo cobre, não apenas minerais de ganga como silicatos, mas também haletos, como, por exemplo, cloretos e/ou fluoretos, podem ser separados efetivamente do material de sulfeto de cobre normalmente bruto obtido na conversão, a maioria preferencialmente mesmo durante a separação da água do material de sulfeto de cobre obtido na conversão. Isto é possível devido à granulometria bastatante grossa (coarseness ou grossura) e, portanto, à excelente filtrabilidade e a baixa umidade residual do produto de conversão do sulfeto de cobre. A separação do material de sulfeto de cobre e dos haletos pode ser intensificada realizando a filtração e/ou lavagem do material de sulfeto de cobre em condições redutoras, que são obtidas utilizando produtos químicos e/ou uma corrente alternada. O método de acordo com a invenção é muito viável para vários materiais contendo cobre e muitos problemas de abastecimento localizado de água e de qualidade da mesma. 0 método de acordo com a invenção pode ser utilizado no tratamento de sucata de cobre, pó fundido e minérios de cobre-zinco-chumbo, além dos minérios contendo cobre. Estes normalmente incluem minerais contendo metais preciosos, como arsenopirita ou pirita, que podem ser convertidos a minerais de sulfeto de cobre, que contêm os ditos metais preciosos de acordo com o método. Além disso, o método de acordo com a invenção permite o uso água salinizada, como água do mar, como água do processo. Isto pressupõe que os parâmetros do processo obtidos utilizando métodos conhecidos como tal são utilizados na regulação do processo, isto é, utilizando eletrodos minerais e catalisadores na otimização do processo e o uso de vários estágios de lixiviaçâo como, por exemplo, a lixiviaçâo em pilha, para regular os balanços de cobre e ácido no processo global. Desta forma o objeto da invenção, qual seja, a separação de sulfeto de cobre e minerais de ganga, pode ser intensificado. Há ainda alguma percentagem de cobre e outros componentes valiosos na fração contendo silicato, rica em Si02, procedente do processo de separação realizado após a conversão, preferencialmente por flotação. 0 cobre e outros componentes valiosos na fração rica em S1O2 podem ser recuperados lixiviando a fração separadamente ou durante um estágio de lixiviaçâo interligado a algum outro processo global de material contendo cobre. A fração rica em S1O2 também pode retornar à etapa de flotação do minério original contendo cobre. Além disso, uma separação parcial dos sulfetos brutos pode ser realizada, se necessário, sobre a fração rica em S1O2 procedente do estágio de separação pós-conversão, antes do tratamento seguinte. Em seguida, o produto de mineral de ganga obtido do estágio de separação pós-conversão, a remoção dos minerais de ganga, pode ser direcionada, por meio de eletrodos minerais, ao processamento seguinte controlado eletroquimicamente como, por exemplo, lixiviaçâo ou flotação.

Quando o método da invenção é aplicado, por exemplo, à escória oriunda de um processo de fundição de cobre, o conteúdo de cobre da escória é primeiro convertido na forma de sulfeto na etapa de conversão e o conteúdo do mineral de ganga, por exemplo, o conteúdo de dióxido de silício (Si02) da escória diminui na flotação do produto de sulfeto obtido pela conversão. Quando obtém-se um produto de flotação contendo sulfeto de cobre com baixo conteúdo de S1O2, e este é re-alimentado à um forno que utiliza matéria-prima de cobre sulfídica, a quantidade de escória que deixa o forno é de fato reduzida pela mesma quantidade.

Devido ao baixo conteúdo de SÍO2, a escória obtida a partir da fundição do material mineralizado em cobre sulfídico pode ser tratada de várias formas. A escória pode, por exemplo, ser vantajosamente granulada e lixiviada separadamente ou junto com o pó oriundo da fundição do material mineralizado em cobre e a fração rica em Si02 obtida na flotação pós-conversão com sulfeto contendo ferro, de acordo com a invenção. Deste modo, o cobre e outros componentes valiosos que permanecem ligados à fração de SÍO2 dissolvem pelo menos parcialmente, e assim se tornam acessíveis para o processamento posterior sem que o cobre demande um tratamento posterior da escória. A escória obtida da fundição do material mineralizado em cobre também pode ser tratada pirometalurgicamente, preferencialmente, por exemplo, pela fundição em um forno elétrico. Assim, qualquer deficiência potencial no cobre solúvel alimentado à etapa de conversão do cobre é suprida pela lixiviação adicional de outras matérias-primas contendo cobre, para manter o balanço de cobre vantajoso na etapa de conversão do mesmo.

Quando se utilizar o material mineralizado em cobre tratado com o método de acordo com a invenção na fundição de cobre, as razões Cu/Fe/SiCç do cobre alimentado à fundição e do produto da conversão rico em cobre obtido pela conversão são essencialmente importantes com relação ao resultado final da fundição, e estas razões Cu/Fe/SiC>2 podem ser ajustadas preferencialmente na conversão e na separação do mineral de ganga relacionado, independente das matérias-primas contendo cobre essencialmente diferentes, com medidas com eletrodos minerais utilizando, por exemplo, potencial eletroquímico. 0 balanço de enxofre predominante no processo total também deve ser levado em conta nas medidas com eletrodos minerais, no qual os subcomponentes incluem notavelmente ions S2“, enxofre elementar S° e ions sulfato SO42". Quando se utiliza o método da invenção, de acordo com o qual a fase essencialmente livre de sulfeto de cobre dos minerais de ganga pode ser alimentada em uma etapa posterior, por exemplo, na etapa de fundição de cobre, e a fração contendo S1O2 dos minerais de ganga, como silicatos, pode ser tratada para remover o cobre remanescente na fração contendo Si02 efetivamente, a produção de cobre do processo global pode ser mantida extremamente alta no produto final contendo cobre, tal como cobre cru, optimamente acima de 99%.

Quando o método da invenção é aplicado à fundição de material mineralizado em cobre, a lixiviaçâo do material sendo processado, a conversão do cobre em sulfeto e a separação de minerais de ganga, como os silicatos provenientes do produto de conversão sulfidico, também podem ser realizadas completamente separadamente do processo de fundição, mesmo em termos geográficos. Aquele que é transportado neste caso entre a separação do mineral de ganga e a recuperação do cobre é normalmente o concentrado de sulfeto de cobre, contendo 65-77% de cobre.

Breve Descrição das Figuras A invenção é descrita abaixo em mais detalhe com referência aos desenhos em anexo, nos quais: Figura 1 apresenta um fluxograma de uma realização preferida da invenção aplicada à fundição de cobre, Figura 2 apresenta os resultados da correlação da produção da fração de cobre e Si02 na flotação após a etapa de conversão, e Figura 3 mostra os resultados da razão do conteúdo da fração de cobre e S1O2 na flotação após a etapa de conversão.

Descrição Detalhada da Invenção De acordo com a Figura 1, o minério (1) contendo sulfeto e, possivelmente, outros componentes valiosos, é direcionado para a flotação (2) para obter um concentrado de sulfeto de cobre (3) que contém os componentes valiosos. 0 concentrado de sulfeto de cobre obtido a partir da flotação é direcionado diretamente para a lixiviação (4). A lixiviação (4) é realizada na presença de ácido sulfúrico (5) e de um reagente oxidante, como oxigênio (6), preferencialmente a uma temperatura de 220°C, e o cobre no concentrado de sulfeto de cobre dissolve na etapa de lixiviação (4} em íons Cu+/Cu++. Após a lixiviação (4), o cobre dissolvido passa para a etapa de conversão (7) a uma temperatura de 220°C na presença de material contendo sulfeto de ferro (31), de acordo com a reação principal (1), obtendo como produtos sulfeto de cobre, sulfato ferroso e ácido sulfúrico. Esta solução de ácido sulfúrico e sulfato ferroso também contêm as impurezas no concentrado de sulfato de cobre lixiviado, como conteúdos de arsênio, urânio, zinco, níquel e cobalto. 0 diagrama mostrado na Figura 1 também descreve a passagem do resíduo de flotação (8) obtido a partir do estágio de flotação do minério contendo cobre (2) para o tratamento hidrometalúrgico (9), onde a lixiviação na presença de um reagente contendo oxigênio (11) é realizada sobre o resíduo de flotação, seguido pela extração e remoção da solução obtida com ácido sulfúrico (10). Como a solução de oxigênio-sal de ferro (25) oriunda da etapa de conversão (7) contendo impurezas pode ser direcionada vantajosamente para este tratamento hidrometalúrgico (9), este tratamento (9) pode funcionar como uma base para a recuperação ou remoção de impurezas em matérias-primas contendo cobre, como o arsênio introduzido na corrente de rejeito (28), e outros produtos (30), como Urânio, zinco, chumbo, níquel e cobalto. Ademais, as soluções de sulfato de cobre (26) e (27) que contêm ácido sulfúrico obtido nos estágios de lixiviação e extração do tratamento hidrometalúrgico (9) também podem ser alimentadas ao estágio de lixiviação (4), além do estágio de conversão (7) . 0 produto de sulfeto de cobre (12) obtido na etapa de conversão (7) utilizando sulfato de cobre e ácido sulfúrico é direcionado de acordo com a invenção para a remoção de materiais de ganga, como silicatos, por flotação (13). 0 produto de sulfeto de cobre (14) oriundo da flotação (13) é enviado ao forno flash ("flash smelter") (15) para a fabricação de cobre cru. 0 resíduo de flotação (16) proveniente da etapa de flotação (13), que contém materiais de ganga, como silicatos, é reciclado para a etapa original de flotação (2) do minério contendo cobre (1). 0 cobre cru (33) oriundo do forno flash (15) é distribuído na forma fundida para o forno de anodo (17) e também para ser moldado a partir do cobre cru fundido como anodos apropriados para o refino eletrolítico (18) do cobre. A solução de sulfato de cobre impuro (19) contendo ácido sulfúríco proveniente do refino eletrolítico (18) é recirculada de volta para a etapa de lixiviação (4) do concentrado de sulfeto de cobre, ao passo que catodos são formados a partir do cobre, e são utilizados como matéria-prima para o processamento posterior do cobre. 0 pó (32) do forno flash pode retornar, por exemplo, para o tratamento hidrometalúrgico (9), no qual outras matérias-primas contendo cobre (34) também podem ser adicionadas, se necessário. A escória (20) obtida do forno flash (15) é distribuída a um forno elétrico (21) para a concentração da escória, a partir do qual a fase obtida rica em cobre (24) é transportada de volta ao forno (15) para ser refundida. Os gases de exaustão (22) oriundos do forno (15) são distribuídos a uma planta de ácido sulfúrico (23), e o ácido sulfúrico proveniente de lá pode ser utilizado na lixiviação (4) do concentrado de cobre.

Exemplo Para testar o método da invenção, os quatro testes isolados mencionados nas Tabelas 1 e 2 foram realizados primeiro, onde a etapa de conversão foi executada nos materiais contendo minerais de cobre contendo cobre, como calcopirita (CuFeS2) , bornita (Cu5FeS4) e digenita (Cu2-xS) , e minerais de ganga como silicatos e óxidos de ferro, na presença de sulfeto contendo ferro como, por exemplo, pirita (FeS2) ou arsenopirita (FeAsS). 0 conteúdo total de Si02 dos minerais de ganga nos materiais processados era 5,2% por peso.

Nos testes 1-3, a solução de cobre foi enviada para a etapa de conversão diretamente a partir da lixiviação do material mineralizado em cobre, e parcialmente concentrada por meio da extração liquido-liquido do cobre após a lixiviação em pilha ("heap leaching"). No teste 4, um teste combinado de lixiviação e conversão foi realizado, no qual o primeiro intervalo de 0-30 min foi o estágio de lixiviação e o intervalo de 30-60 min foi o estágio de conversão. Os estágios do processo foram monitorados e regulados utilizando eletrodos de mineral e de platina e, por exemplo, os níveis de energia dos eletrodos no estágio de conversão foram mantidos entre +300/+370 mV vs AgCl/Ag.

Tabela 1: Conteúdo de ferro como uma função do tempo Tabela 2: Conteúdo de cobre como uma função do temoo De acordo com as Tabelas 1 e 2, a temperatura de conversão nos testes 1-3 era 160°C, 190°C e 220°C, respectivamente, ao passo que, no teste 4, ambas as temperaturas de lixiviação e de conversão eram de 220°C. A Tabela 1 mostra a mudança no conteúdo de ferro nos sólidos durante a etapa de conversão como uma função do tempo, e a Tabela 2 mostra o conteúdo de cobre da solução como uma função do tempo. Nos testes 1-3 o conteúdo de Si02 dos sólidos permaneceu praticamente constante, ao passo que, no teste 4, o conteúdo final de Si02 quase dobrou. 0 método de acordo com a invenção foi aplicado ao resíduo final do teste 3, que foi mantido no sobrenadante para recuperar os conteúdos de sulfeto de cobre e metais preciosos ainda presentes no sedimento final. Os resultados da flotação são apresentados nas Figuras 2 e 3. A Figura 2 mostra a dependência da produção das frações de cobre e Si02 e a Figura 3 mostra a razão do conteúdo das frações de cobre e Si02. Os termos utilizados nas Figuras 2 e 3 representam o seguinte: RC (concentração bruta), SC (concentração com removedor), CC1 (concentrado oriundo do primeiro ciclo) e CC2 (concentrado oriundo do segundo ciclo) . A etapa de flotação foi realizada de modo que o material foi inicialmente pré-espumado e então a remoção foi efetuada sobre o concentrado bruto. Assim, a flotação foi repetida nos concentrados resultantes em dois estágios.

Na Figura 2 a dependência da produção das frações de cobre e Si02 é descrita em um gráfico, onde o eixo das abscissas mostra a produção de cobre {% p/p) e o eixo das ordenadas a produção de Si02 (% p/p) . Na Figura 2 o ponto inicial (alimentação) é aquele em que a produção de cada fração é de 100% p/p. O gráfico mostra que após a concentração bruta e a concentração com removedor, a produção de Si02 caiu para cerca de 40% corrí referência ao ponto inicial, ao passo que a produção de cobre é de cerca de 95% do ponto inicial. Após dois ciclos repetidos de concentração (CC2) há apenas cerca de 10% da produção original de Si02, o que significa que cerca de 90% do conteúdo de SÍO2 foi removido. Por outro lado, ainda existe aproximadamente 63% do conteúdo de cobre original.

Na Figura 3, a dependência do conteúdo das frações de cobre e Si02 é representada em um gráfico, onde o eixo das abscissas mostra o conteúdo de cobre (%p/p) e o eixo das ordenadas o conteúdo de Si02 (%p/p). No ponto inicial da flotação (alimentação) o conteúdo de Si02 é de 5,2% p/p e o conteúdo de cobre de aproximadamente 61,7% p/p. Após os dois estágios de flotação repetidos o conteúdo de Si02 foi reduzido para a um valor de 1,0% p/p, ao passo que o conteúdo de cobre aumentou para um valor de 67% p/p.

Claims (14)

1. Um método para tratar materiais contendo cobre, cujo material contendo cobre é lixiviado (4) e a conversão (7) é realizada sobre o produto lixiviado na presença de material contendo sulfeto de ferro (31) de modo a obter sulfeto de cobre (12), caracterizado pelo fato de que a separação do mineral de ganga (13) é realizada sobre o sulfeto de cobre (12) obtido na conversão antes do processamento posterior do dito sulfeto de cobre (12).

2. Um método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a separação dos minerais de ganga (13) é realizada por flotação.

3. Um método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os componentes valiosos do sulfeto de cobre flutuam à parte dos minerais de ganga durante a separação do mineral de ganga (13).

4. Um método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os minerais de ganga flutuam à parte dos componentes valiosos do sulfeto de cobre durante a separação do mineral de ganga (13).

5. Um método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a separação dos minerais de ganga (13) é realizada com base na diferença dos pesos específicos.

6. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, de modo a melhorar a separação dos minerais de ganga (13), a conversão do sulfeto de cobre (7) precedente à remoção do mineral de ganga ocorre a uma temperatura na faixa de 17 0-2 60°C.

7. Um método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, de modo a melhorar a separação dos minerais de ganga (13), a conversão do sulfeto de cobre (7) precedente à remoção do mineral de ganga ocorre preferencialmente a uma temperatura na faixa de 200-220°C.

8. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o produto de mineral de ganga (16) obtido a partir da separação do mineral da ganga (13) é direcionado para a etapa de lixiviação (4) que precede a conversão (7).

9. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1-7, caracterizado pelo fato de que o produto do mineral de ganga (16) obtido a partir da separação do mineral de ganga (13) é direcionado para a etapa de concentração de (2) de minerais contendo cobre que precede a conversão.

10. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1-7, caracterizado pelo fato de que o produto do mineral de ganga (16) obtido a partir da separação do mineral de ganga (13) é direcionado para um processamento posterior controlado eletroquimicamente por meio de eletrodos minerais, tais como, por exemplo, lixiviação ou flotação.

11. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o produto sulfeto de cobre (14) obtido a partir da separação do mineral de ganga (13) é direcionado para uma fundição (15) para a fabricação de cobre cru.

12. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a medida do potencial eletroquimico com eletrodos minerais é utilizada na separação de minerais de ganga (13).

13. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um método espectroscópico de corrente alternada é utilizado na separação de minerais de ganga (13).

14. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a separação de haletos, tais como cloreto e/ou fluoreto, é realizada em conjunto com a separação de água proveniente do material de sulfeto de cobre (12) obtido na conversão (7) .