BRPI1013501B1

BRPI1013501B1 - Method for calcopirite concentrate leaching

Info

Publication number: BRPI1013501B1
Application number: BRPI1013501-4A
Authority: BR
Inventors: Ruonala Mikko; Leppinen Jaakko; Tiihonen Jari
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2017-12-12
Also published as: CN102803524A; BRPI1013501A2; AU2010264622A2; PE20121078A1; FI20090251A0; CA2765926A1; AU2010264622A1; EP2449139A1; MX2011013483A; PL2449139T3; ES2617148T3; EP2449139B1; CL2011003269A1; ZA201200612B; AU2010264622B2; EA023157B1; MX347485B; CA2765926C; EA201290017A1; CN102803524B

Description

"MÉTODO PARA LIXIVIAR CONCENTRADO DE CALCOPIRITA" CAMPO DA INVENÇÃO A invenção se refere a um método para lixiviar um concentrado bruto do tipo calcopirita, através de uma solução aquosa contendo ácido sulfúrico e de uma alimentação de oxigênio, a pressão atmosférica e temperatura entre 75°C e o ponto de ebulição da solução. É uma característica do método que o tamanho de partícula do concentrado que deve ser lixiviado esteja 80% abaixo de 60-100 μπι, e que o concentrado seja lixiviado com uma solução aquosa, cuja concentração de ácido é mantida em torno de 20-90 g/1.

ESTADO DA ARTE

Um mineral de sulfeto de cobre é a calcopirita, CuFeS2, a partir da qual ocorre a recuperação do cobre pirometalurgicamente. Quando se deseja lixiviar o concentrado de calcopirita, o método mais comum tem sido a lixiviação sob pressão e até mesmo, em alguns casos, a biolixiviação. A lixiviação sob pressão é um processo bastante caro e a biolixiviação é barata. É sabido que, geralmente, a calcopirita facilmente se torna passiva na lixiviação atmosférica com ácido sulfúrico e, por esta razão, o rendimento permanece relativamente baixo.

Um método de lixiviação de pelo menos parte do mineral de sulfeto contendo ferro, conhecido como processo Albion, é divulgado no documento de patente US 5.993.635. Uma característica essencial do processo é a moagem (P80 < 20 microns) , após o que a lixiviação do mineral de sulfeto é realizada em condições atmosféricas, isto é, a pressão ambiente e temperatura entre 60°C e o ponto de ebulição da solução. É uma característica do processo de lixiviação que o mesmo ocorra utilizando uma solução contendo ácido sulfúrico, ferro trivalente e alimentação de oxigênio no estágio de lixiviação. A concentração de ácido sulfúrico da solução durante a lixiviação da calcopirita está na faixa de 30-40 g/1. A grande parte do ferro utilizado na lixiviação é obtida através da lixiviação da pirita contida no mineral de sulfeto. 0 metal valioso que deve ser lixiviado de acordo com os exemplos é cobre, níquel, cobalto ou zinco. A solução ácida de sulfato contendo o metal valioso dissolvido é encaminhada em seguida para neutralização e precipitação do ferro. A neutralização e precipitação do ferro são realizadas com calcário. A purificação da solução da solução de sulfato contendo metal valioso é realizada com extração por solvente e a recuperação do metal com eletroextração. 0 processo de lixiviação do mineral de cobre divulgado no documento de patente US 5.917.116 é baseado na moagem fina e lixiviação sob pressão a baixa temperatura (abaixo de 100°C), com a pressão de oxigênio a cerca de 10 bar. A concentração do ácido sulfúrico do estágio de lixiviação está em torno de 100-120 g/1, ademais, oxigênio e 2-10 g/1 de cloretos são alimentados à lixiviação.

Um método de lixiviação do concentrado de cobre é divulgado no pedido de patente US 2005/269208, que opera em condições atmosféricas a uma temperatura de 50-120°C, e onde o concentrado é alimentado na lixiviação em um grau normal de moagem (isto é, P80 < 106 microns) , mas a característica essencial do processo é a alimentação da pirita na lixiviação. A razão entre calcopirita e pirita é especificada como estando na faixa entre 4:1 e 1:20. O método opera em condições onde a pirita não se dissolve, e o redox está na faixa de 350-520 mV vs. Ag/AgCl. De acordo com o exemplo 6, a lixiviação melhora significativamente quando a concentração de ácido aumenta de um valor de 20 g/1 para um valor de 30 g/1, mas a razão porque isto acontece não é conhecida. O pedido de patente WO 2007/093667 descreve um método para recuperação do cobre de um minério contendo sulfeto de cobre e pirita. 0 minério é moido até uma granulometria normal (95-100% abaixo de 150 microns) e é lixiviado com uma solução contendo ácido, na qual a quantidade de ferro é de 20-70 g/1, a de cobre é de 8-12 g/1 e a concentração de ácido sulfúrico é de pelo menos 20 g/1. É mencionado no relatório descritivo que o método destina-se, particularmente, à lixiviação de minério de pirita-sulfeto de cobre do tipo calcopirita (Cu2S) .

OBJETO DA INVENÇÃO

Uma característica essencial dos métodos de lixiviação de calcopirita divulgados no estado da técnica é a moagem fina para prevenir a passivação da calcopirita. Contudo, uma desvantagem significativa da moagem fina é a acumulação de lama e, como conseqüência, a considerável diminuição da separação sólidos-líquido após a lixiviação. Adicionalmente, a moagem fina aumenta os custos da operação do processo. O objetivo da presente invenção é eliminar os inconvenientes descritos acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As características essenciais da invenção se tornarão evidentes nas reivindicações em anexo. A invenção se refere a um método para lixiviar um concentrado de calcopirita, através de uma solução aquosa contendo ácido sulfúrico e de uma alimentação de oxigênio, a pressão atmosférica e temperatura entre 75°C e o ponto de ebulição da solução. É uma característica do método que o tamanho de partícula do concentrado que deve ser lixiviado esteja 80% abaixo de 60-100 pm, e que o concentrado seja lixiviado com uma solução aquosa, cuja concentração de ácido é mantida em torno de 20-90 g/1. De acordo com uma realização preferida, a concentração de ácido da solução aquosa é mantido em torno de 40-70 g/1.

De acordo com uma concretização preferida da invenção, o concentrado é submetido a uma curta moagem de purificação antes da lixiviação de modo a limpar as superfícies minerais. 0 método de acordo com a invenção se refere particularmente a um concentrado de calcopirita, que é um concentrado bruto compreendendo sulfeto de zinco.

De acordo com uma realização da invenção, a lixiviação é realizada como uma lixiviação contracorrente em dois estágios. Neste caso, o concentrado de calcopirita é alimentado no estágio de lixiviação com ácido fraco, sendo lixiviado com a solução de lixívia que deixa um estágio de lixiviação com ácido forte. A concentração de ácido da solução de sulfato de cobre proveniente do estágio de lixiviação com ácido fraco é mantida na faixa de 5-15 g/1, e a solução é conduzida para a purificação da mesma e para a eletroextração para produzir cobre puro. O resíduo do estágio de lixiviação com ácido fraco é alimentado no estágio de lixiviação com ácido forte, no qual o resíduo é lixiviado com o rafinado proveniente da purificação da solução, cuja concentração de ácido é mantida em 20-90 g/1 e onde a solução que é formada é alimentada no estágio de lixiviação com ácido fraco. Conforme uma realização preferida da invenção, a concentração de ácido da solução no estágio de lixiviação com ácido forte é mantida em torno de 40-70 g/1.

LISTA DE DESENHOS A Figura 1 é um diagrama de um processo de lixiviação de um concentrado de calcopirita de acordo com a invenção, A Figura 2 é um gráfico do rendimento da lixiviação do metal e da concentração de ácido como uma função do tempo, de acordo com o exemplo 1, A Figura 3 é um gráfico do rendimento da lixiviação do metal e da concentração de ácido como uma função do tempo, de acordo com o exemplo 2, e A Figura 4 é um gráfico do rendimento da lixiviação do metal e da concentração de ácido como uma função do tempo, de acordo com o exemplo 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO 0 objetivo do método desenvolvido agora é lixiviar o concentrado bruto de calcopirita a pressão atmosférica, e a uma temperatura que é de pelo menos 7 5°C e no máximo o ponto de ebulição da solução aquosa utilizada para a lixiviação do concentrado. 0 concentrado é particularmente um concentrado de flotação, com um conteúdo de cobre em torno de 10-30% em peso. A lixiviação pode ser realizada diretamente sobre o concentrado quando a granulometria característica do mesmo é de cerca de 80% abaixo de 60-100 μια. Contudo, antes da lixiviação, é vantajoso realizar uma breve "moagem de purificação", não com o propósito de obter uma maior grau de moagem, mas para limpar as superfícies minerais. Ao contrário dos métodos divulgados no estado da arte, a lixiviação pode, conseqüentemente, operar em um faixa de tamanho de partícula de P80 > 20 pm.

Quando a lixiviação é realizada sem a moagem fina, os seguintes benefícios são alcançados: primeiramente a moagem e os custos de energia são evitados, e, em segundo lugar, não ocorre a acumulação de lama durante a lixiviação, o que possui um efeito significativo sobre a separação líquido/sólidos após a lixiviação. Concentrado bruto é um termo utilizado para denotar que, além do cobre como um metal sulfídico valioso no concentrado, também há uma quantidade variável de zinco. 0 zinco está presente no concentrado como sulfeto de zinco, isto é, principalmente como mineral esfalerita, ZnS. A lixiviação ocorre com uma solução aquosa ácida com uma concentração de ácido sulfúrico em torno de 20-90 g/1, mas preferencialmente 40-75 g/1. Ademais, um gás contendo oxigênio é alimentado no estágio de lixiviação, o qual pode ser ar, ar enriquecido com oxigênio, ou oxigênio. O ferro dissolvido oriundo da calcopirita é oxidado à forma trivalente (Fe3+) através do ácido e do gás contendo oxigênio, e, por sua vez, isto promove a dissolução dos sulfetos de cobre e zinco em sulfatos.

Verificou-se nos testes realizados que tanto o cobre quanto o zinco dissolvem bem, embora a concentração de cobre e ferro da solução utilizada para a lixiviação seja relativamente baixa no inicio da lixiviação. Do mesmo modo, também foi observado que um tempo de lixiviação de aproximadamente 20 h permite um rendimento de 95-98% tanto com o cobre quanto com o zinco. Geralmente a baixa dissolução da calcopirita ocorre porque as superfícies minerais da calcopirita são cobertas pelo enxofre produzido na lixiviação, mas este fenômeno não foi observado nos testes que foram realizados. Se o chumbo, prata ou ouro também estão presentes no concentrado, eles permanecem no resíduo da lixiviação e podem ser recuperados a partir do mesmo. A solução de sulfato de cobre produzida na lixiviação é purificada de impurezas através da extração por solvente ou cementação, por exemplo. No caso da extração, o cobre metálico é recuperado da solução de sulfato de cobre puro eletroliticamente. A concentração de ácido da solução de sulfato de cobre gerada na lixiviação é tão alta que a solução deve ser neutralizada antes de ser transferida para a extração. Agentes típicos de neutralização são álcalis a base de cálcio e sódio, tais como calcário, cal queimada, cal apagada e hidróxido de sódio. Como alternativa, tanto o minério de cobre moido, quanto o concentrado de cobre, podem ser utilizados como agentes de neutralização. Um agente de neutralização preferido é um material contendo zinco, tal como o ustulado de zinco, o minério de zinco oxidado ou o pó de zinco. Quando a lixiviação é realizada como uma lixiviação contracorrente da forma descrita abaixo, a neutralização da solução de sulfato de cobre ocorre parcialmente por meio do concentrado alimentado ao processo.

Quanto ao zinco, o mesmo pode ser recuperado, por exemplo, a partir de uma corrente lateral após a remoção do ferro, ou purificando a solução contendo zinco utilizando uma purificação convencional de solução, ou extraindo o zinco seletivamente usando uma extração com solvente. O zinco é recuperado eletroliticamente a partir da solução de sulfato de zinco purificada. A remoção eletrolitica do zinco ocorre ou encaminhando a solução purificada de zinco para o eletrólito após a purificação convencional da solução, ou removendo o zinco oriundo do extrator na solução do eletrólito. Também é possível recuperar o zinco, por exemplo, como sulfato de zinco ou algum outro composto de zinco, ou diretamente a partir da solução original, ou a partir da solução que deixa a extração.

Um método preferido para a lixiviação do concentrado é efetuar a lixiviação em contracorrente, o que consiste de um estágio de lixiviação com ácido fraco e um estágio de lixiviação com ácido forte. 0 fluxograma deste processo alternativo é apresentado na Figura 1. Assim sendo, o concentrado é alimentado no estágio de lixiviação primário ou com ácido fraco (1), dentro do qual a solução de lixiviação (5) é encaminhada para o estágio de lixiviação secundário (2) . A concentração de ácido da solução de lixiviação (5) que deve ser alimentada no estágio de lixiviação primário (1) é bastante alta, 40-70 g/1, mas é neutralizada pelo concentrado alimentado, de modo que a concentração de ácido da solução de sulfato de cobre contendo zinco (6) removida da lixiviação é mantida na faixa de 5-15 g/1. Cerca de um quarto do cobre presente no concentrado se dissolve no estágio de lixiviação primário, e um pouco mais do zinco. É claro que a separação sólidos/liquido é realizada entre os estágios, mas isto não é mostrado em detalhe no fluxograma. Como o concentrado que deve ser lixiviado não é submetido à moagem fina, o acúmulo de lama não causa problemas na separação líquido/sólidos. A solução de sulfato de cobre oriunda do estágio de lixiviação primário é transferida para a purificação da solução, que, neste caso, é preferencialmente a extração com solvente (SX) (3) . A remoção do ferro ocorre ou após a lixiviação, e antes da extração do cobre, ou a partir de uma corrente lateral antes da extração do zinco. 0 tratamento do resíduo (7) do estágio de lixiviação primária continua no estágio de lixiviação secundária ou de ácido concentrado (2), no qual o resíduo é lixiviado com um rafinado (8) obtido na extração (3) . A concentração de ácido do dito rafinado é regulada com a adição de ácido para estar na faixa de 40-70 g/L. Gás contendo oxigênio também é alimentado na solução. O tempo de lixiviação é de 12-24 h, dependendo do concentrado, período durante o qual o ácido é adicionado quando necessário de modo que a concentração de ácido da solução permaneça mais ou menos a mesma. A solução (5) do estágio de lixiviação secundária, que é encaminhada para o estágio de lixiviação primária, contém quase todo o cobre (92-98%) e o zinco (98-99%) presentes no concentrado. A neutralização da solução para a extração ocorre no estágio primário utilizando um novo concentrado. 0 resíduo do estágio de lixiviação secundária é um resíduo contendo ferro e enxofre, e seu tratamento posterior depende da quantidade de metais valiosos no resíduo. Metais valiosos são, por exemplo, prata e ouro, que são recuperados através de métodos conhecidos. A purificação da solução de sulfato de cobre proveniente dos estágios de lixiviação é realizada de acordo com o fluxograma, através da extração com solvente (3) , na qual o cobre da solução aquosa é transferido no estágio de extração para uma solução de extração orgânica. No estágio de extração ("stripping") , o cobre é transferido da solução orgânica para uma solução aquosa ácida, isto é, para um eletrólito fraco (9) que deixa a eletroextração após a extração (4) . Em seguida à extração, a solução aquosa contendo cobre (10) é encaminhada para a eletroextração, onde o cobre metálico é obtido como produto final. 0 cobre do concentrado de calcopirita se dissolve de acordo com as seguintes reações: (D (2) A reação soma é: (3) 0 zinco do concentrado se dissolve de acordo com as seguintes reações: (4) (5) A reação soma é: (6) 0 método de acordo com a invenção é descrito ainda com os exemplos abaixo.

EXEMPLOS

Os testes de lixiviação dos exemplos foram realizadas em uma única etapa, onde a lixiviação corresponde ao estágio de lixiviação com ácido forte no fluxograma 1, para 0 qual o concentrado é encaminhado. Como o objetivo principal dos testes era garantir que a calcopirita fosse dissolvida, as soluções não foram neutralizadas para extração em um estágio de lixiviação com ácido fraco, como descrito acima.

Exemplo 1 A lixiviação atmosférica de um concentrado grosso de cobre calcopiritico foi realizada em uma concentração de ácido sulfúrico de 40-90 g/1, e alimentação constante de oxigênio a uma temperatura de 95°C. A Tabela 1 mostra a distribuição do tamanho de partículas do concentrado. Os componentes principais do concentrado de cobre foram 28,5% em peso de Cu, 28,9% em peso de Fe e 3,3% em peso de Zn. As concentrações originais da solução de lixiviação eram de 1 g/1 de Cu e 10 g/1 de Fe. O ferro foi adicionado como ferro ferroso. O zinco não foi adicionado. As concentrações da solução final foram de 25,0 g/1 de Cu, 32,6 g/1 de Fe e 3,1 g/1 de Zn.

Tabela 1.

Os gráficos na Figura 2 mostram que quando a concentração do ácido sulfúrico da solução de lixiviação é mantida bem alta, na faixa de 40-90 g/1, tanto o cobre quanto o zinco se dissolvem bem rapidamente. Após 12 horas, 98% do cobre e cerca de 92% do zinco foram dissolvidos. Após 20 horas o rendimento do zinco em solução também estava em torno de 95%.

Exemplo 2 De acordo com a Tabela 1, o concentrado grosso de cobre calcopiritico foi lixiviado a pressão atmosférica, com uma concentração de ácido sulfúrico da solução de lixiviação de 20-40 g/1. Uma quantidade constante de oxigênio foi alimentada na etapa de lixiviação a uma temperatura de 95°C. Os componentes principais do concentrado de cobre foram 28,5% em peso de Cu, 28,9% em peso de Fe e 3,3% em peso de Zn. As concentrações originais da solução eram de 1 g/1 de Cu e 10 g/1 de Fe. O ferro foi adicionado como ferro ferroso. O zinco não foi adicionado. As concentrações da solução final foram de 27,5 g/1 de Cu, 33,7 g/1 de Fe e 3,2 g/1 de Zn. Como mostrado no gráfico 3, um rendimento da lixiviação de cobre de mais de 95% requer agora um tempo de residência de 24 horas. O rendimento da lixiviação de zinco é do mesmo nível do rendimento de cobre.

Exemplo 3 De acordo com a Tabela 1, o concentrado grosso de cobre calcopirítico foi lixiviado a pressão atmosférica, com uma concentração de ácido sulfúrico da solução de lixiviação de 10-20 g/1. Uma quantidade constante de oxigênio foi alimentada na etapa de lixiviação a uma temperatura de 95°C. Os componentes principais do concentrado de cobre foram 28,5% em peso de Cu, 28,9% em peso de Fe e 3,3% em peso de Zn. As concentrações originais da solução eram de 1 g/1 de Cu e 10 g/1 de Fe. 0 ferro foi adicionado como ferro ferroso. O zinco não foi adicionado. As concentrações da solução final foram de 12,7 g/1 de Cu, 17,8 g/1 de Fe e 3,4 g/1 de Zn. Os gráficos da Figura 4 mostram que a taxa de lixiviação do cobre foi extremamente baixa, já que um tempo de residência de 24 horas atingiu um rendimento de apenas um pouco mais de 40%. Também neste caso o rendimento do zinco foi acima de 90%.

As Figuras 2-4 também incluem gráficos de rendimento para o ferro, que acompanham principalmente os gráficos de rendimento do cobre, o que indica que a maioria do ferro da calcopirita termina na solução nestas condições, e é aproveitado na lixiviação do cobre e zinco.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para lixiviar concentrado de calcopirita através de uma solução aquosa contendo ácido sulfúrico e de uma alimentação de oxigênio a pressão atmosférica e temperatura entre 75°C e o ponto de ebulição da solução caracterizado pelo fato de que: (a) a lixiviação é realizada em contracorrente em dois estágios, em que o tamanho de partícula do concentrado que deve ser alimentado em um primeiro estágio de lixiviação (1) é mantido 80% abaixo da faixa de 60 a 100 μιη; (b) o concentrado é lixiviado no primeiro estágio de lixiviação (1) com uma solução de lixívia (5) que deixa um segundo estágio de lixiviação (2) com concentração de ácido de 4 0 a 7 0 g/L, para produzir uma solução de sulfato de cobre (6) com concentração de ácido regulada para a faixa de 5 a 15 g/L; (c) um resíduo (7) do primeiro estágio de lixiviação (1) é alimentado ao segundo estágio de lixiviação (2) , em que o resíduo é lixiviado com um rafinado (8) cuja concentração de ácido é regulada para estar na faixa de 20 a 90 g/L.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, antes da lixiviação, o concentrado é submetido a uma moagem de purificação, de modo a limpar as superfícies minerais.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o concentrado de calcopirita é um concentrado bruto, o qual inclui sulfeto de zinco.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de sulfato de cobre (6) que deve ser removida do primeiro estágio de lixiviação é encaminhada para purificação da solução (3) e para extração eletrolítica (4) para produzir cobre puro.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração de ácido da solução do segundo estágio de lixiviação (5) é mantida na faixa de 40 a 70 g/L.