ES2198713T3 - Biolixiviacion de concentrados de minerales sulfurados. - Google Patents

Biolixiviacion de concentrados de minerales sulfurados.

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Abstract

Se presentan un proceso y un biorreactor para mejorar la biolixivación de metales a partir de concentraciones minerales de sulfuro.

Description

Biolixiviación de concentrados de minerales sulfurados.
Antecedentes de la invención
La biolixiviación de menas sulfuradas se ha empleado durante muchos años en la industria metalúrgica extractiva. Una biolixiviación satisfactoria requiere una comprensión profunda de los regímenes biológicos y del papel de cada elemento interrelacionado en los mismos. La mejora de un sistema de biolixiviación requiere no solamente un conocimiento profundo de los elementos de lixiviación interactivos, sino también un conocimiento de las tolerancias para los ajustes de dichos elementos para obtener los resultados deseados. La finalidad de dichos procedimientos consiste en la liberación o solubilización del metal de una manera y en una concentración económicamente oportunas. La extracción del metal solubilizado a partir de una solución de lixiviación utiliza típicamente una tecnología de concentración de extracción conocida, tal como Intercambio Iónico (IX) o Extracción con Solventes (SX). Las soluciones de lixiviación así concentradas se hacen susceptibles de tratamiento para una tecnología de precipitación estándar tal como con cristalizadores y/o una producción por electroextracción (EW) de cátodos metálicos.
Algunos reactivos de biolixiviación usuales en un sistema de lixiviación de sulfuros son: Thiobacillus ferrooxidans y/o Thiobacillus thiooxidans acidófilos; nutrientes bacterianos tales como Med 64, Med 125 y PEGM, como se da a conocer en la patente U.S. nº 5.413.624; oxígeno (aire) y dióxido de carbono; oxidantes tales como sulfato férrico, cloruro férrico y metano-sulfonato férrico; ácidos tales como ácido sulfúrico y ácido clorhídrico; y catalizadores de reacción tales como plata y materiales carbonosos que incluyen, pero sin limitarse a ellos, grafito, natural o sintético, carbón activado o coque de petróleo. La temperatura es interactiva para el sistema de biolixiviación, ya sea la ambiente o elevada mediante dispositivos.
La química del sistema de biolixiviación se complica por la gestión apropiada o inapropiada de los reactivos citados. Dos series de reacciones originadas por una activación de un reactivo particular son como sigue: lixiviación enriquecida con oxígeno de calcopirita (CuFeS_{2}) en presencia de una cantidad catalítica de plata, tal como se muestra en la patente U.S. nº 3.856.913, que se ilustra mediante las reacciones
(1) 12CuFeS_{2} + 51O_{2} + 22H_{2}O \rightarrow 12CuSO_{4} + 4H_{3}OFe_{3}(SO_{4})_{2}(OH)_{6} + 4H_{2}SO_{4} y si está presente pirita (FeS_{2}) con la calcopirita:
(2) 12FeS_{2} + 45O_{2} + 34H_{2}O \rightarrow 4H_{3}OFe_{3}(SO_{4})_{2}(OH)_{6} + 16H_{2}SO_{4}
Las dos reacciones generan ácido sulfúrico (H_{2}SO_{4}) que puede reducir el pH de las soluciones que han reaccionado, a un nivel intolerable para las bacterias acidófilas que podrían haber estado presentes en los reactivos, suprimiendo de este modo las contribuciones que se podrían haber derivado de las bacterias.
Las reacciones de biolixiviación convencionales de chalcocita (Cu_{2}S) y covellita (CuS), que son activadas únicamente por la presencia de un inóculo catalizador, son como sigue:
\hskip5cm
(T.f.) BAC
(1) Cu_{2}S + Fe_{2}(SO_{4})_{3}
\hskip2cm
\rightarrow
\hskip2cm
CuS + CuSO_{4} + 2FeSO_{4}
\hskip5cm
(T.t.) BAC
(2) CuS + Fe_{2}(SO_{4})_{3}
\hskip2cm
\rightarrow
\hskip2cm
CuSO_{4} + 2FeSO_{4} + S^{0}
en las que el Thiobacillus ferrooxidans sirve para volver a oxidar el sulfato ferroso reducido (FeSO_{4}) para formar sulfato férrico (Fe_{2}(SO_{4})_{3}), mientras que el Thiobacillus thiooxidans cataliza la solubilización continuada del producto de reacción (1) covellita (CuS).
Un producto de reacción negativo de la biolixiviación de chalcocita/covellita es el azufre elemental (Reacción 2). El efecto negativo del azufre consiste en que forma una capa amorfa sobre la covellita remanente (no lixiviada) (Wan, R.V. et al. [1984] "Electrochemical Features of Ferric Sulfate Leaching of CuFeS_{2}/C Aggregates", Office of Naval Research, Fed. Rpt. nº 36). Dicha capa amorfa es impenetrable para el T. thiooxidans catalizador, lo cual limita o elimina reacciones de solubilización adicionales.
Las reacciones anteriormente indicadas ilustran únicamente dos de las numerosas condiciones de lixiviación que deben comprenderse y gestionarse apropiadamente para obtener un resultado predecible y deseable. Una preocupación adicional de la gestión de lixiviación consiste en la manipulación de materiales de los componentes de lixiviación, tanto sólidos como líquidos, tales como los sólidos de concentrados de minerales sulfurados y los reactivos líquidos tales como ácido sulfúrico y/o sulfato férrico acidificado.
\newpage
La mayor parte de los sólidos alimentados a un procedimiento de reacción particular deben satisfacer las restricciones económicas del sistema seleccionado. Las menas sulfuradas de bajo grado (bajo contenido de metal) son biolixiviadas típicamente en montones o pilas amontonadas revestidas, mientras que los concentrados de sulfuros de bajo grado se deben tratar en recipientes de reacción de bajo coste, tales como depósitos de lixiviación del tipo de cubas estáticas o, para grados superiores, depósitos con sistemas de agitación o recipientes de reacción fluidizados. Las variables de tratamiento que afectan adicionalmente a la manipulación de materiales y a los costes de tratamiento son el tamaño de la alimentación de materiales, si es mena entera o mena triturada, el contenido de metales, el tiempo de permanencia de los sólidos en el recipiente de reacción (velocidades de reacción), las relaciones de líquido a sólido, es decir, las viscosidades de las suspensiones o las densidades del mineral triturado; y la densidad de la alimentación, y la susceptibilidad de tratamiento de la suspensión de sólidos (estáticos, con agitación). La biolixiviación se puede mejorar mediante tratamiento de una mezcla de líquido/sólidos en una torre de relleno (GB-A-2.225.256).
La recuperación de metales a partir de menas sulfuradas se realiza con frecuencia produciendo en primer lugar concentrados de sulfuros por medio de procedimientos de flotación. Tradicionalmente, los concentrados se funden para expulsar el azufre y producir el metal. Sin embargo, la fusión se está volviendo inaceptable desde el punto de vista medioambiental debido a las emisiones de dióxido de azufre, y la calidad de los metales producidos directamente por fusión es inferior a la producida mediante lixiviación, extracción con solventes y electroextracción. Por tanto, ha habido interés en el tratamiento de concentrados por lixiviación, extracción con solventes y electroextracción.
Los procedimientos de refino de concentrados para obtener el metal deben satisfacer las restricciones económicas impuestas por el mercado. La lixiviación en depósito con sistema de agitación de concentrados presenta varios inconvenientes, que la hacen típicamente económicamente inviable. En primer lugar, muchos concentrados son reacios a la solubilización y necesitan tiempos de permanencia prolongados. En segundo lugar, se necesita un alto consumo de energía para suspender y mezclar los concentrados. En ciertos casos, la lixiviación en depósito con sistema de agitación de concentrados se realiza en condiciones agresivas, utilizando reactivos concentrados y calentamiento para metales con un valor superior, pero no para los materiales de base, tales como cobre o plomo. Se ha investigado asimismo la lixiviación en montones de concentrados. Sin embargo, los procedimientos para la lixiviación en montones de concentrados han tropezado con problemas de flujo de fluidos tales como canalización, inundación y derivación debido a su fino tamaño de partículas.
En zonas del mundo en las que existen pocos o ningún horno de fusión, generalmente Europa Occidental, África y partes de Asia, el ácido sulfúrico se produce quemando azufre. La instalación con necesidad de hacer esto necesita grandes inversiones de capital. Los costes de operación no son de mucha consideración debido a la cogeneración de electricidad durante la combustión del azufre que compensa los costes de operación. Un procedimiento biológico para producir una solución de ácido sulfúrico a partir de azufre necesitaría una inversión de capital muy inferior.
Breve sumario de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción de metales a partir de concentrados de minerales sulfurados y para la producción de reactivos de lixiviación, tal como se define en la reivindicación 1. En una forma de realización, los procedimientos de la presente invención utilizan un substrato que presenta una superficie específica externa elevada. En una forma de realización específica, dicho substrato consiste en un relleno de polietileno de anillo y clavija, denominado "BIOBALLS", al cual se pueden fijar los concentrados. El relleno proporciona una superficie específica externa elevada por volumen unitario sobre la cual se pueden aplicar los concentrados por revestimiento de una capa delgada. La alta densidad del relleno permite alcanzar altas densidades de mineral triturado mientras que se deja un gran espacio de poros, lo cual proporciona un flujo relativamente no inhibido de las soluciones de tratamiento de lixiviación.
En otra forma de realización, se aplica por revestimiento una capa delgada de azufre sobre los substratos y se biolixivia para producir ácido sulfúrico, que se puede utilizar a continuación como reactivo en la lixiviación de metales. En una forma de realización específica, la biolixiviación se puede realizar utilizando Thiobacillus thiooxidans. Las ventajas de aplicar como revestimiento el azufre sobre "BIOBALLS" son las mismas que para las menas o para los concentrados, es decir, una elevada superficie específica expuesta y un flujo no inhibido de las soluciones de tratamiento.
Se pueden utilizar rellenos para moderar los problemas de flujo de fluidos que se encuentran cuando se lixivian concentrados en montones. Aunque los áridos machacados y el vidrio machacado son ejemplos de los rellenos que se pueden utilizar, las "BIOBALLS" presentan densidades superficiales muy superiores y dejan más volumen de espacio abierto para el flujo de fluidos. Se obtiene fácilmente densidades de mineral triturado del veinte por ciento (p/p) con concentrados sobre "BIOBALLS".
La invención se refiere además a un reactor biológico, tal como se indica en la reivindicación 10.
\newpage
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama esquemático del procedimiento de lixiviación de concentrados de sulfuros metálicos de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de una columna de biolixiviación de celdas segmentadas apiladas. Las soluciones de lixiviación se bombean a la parte superior de la columna y se rocían en la Celda 1. Las "BIOBALLS" cargados con "BIOCAT" más inóculo de hongos proporcionan un sitio para la generación de dióxido de carbono y para la degradación del material orgánico arrastrado en el refinado. A medida que las soluciones pasan a través de la Celda 1, éstas disuelven dióxido de carbono a través de un espacio aireado de modo natural entre celdas para gotear sobre la Celda 2. La Celda 2 está cargada con un substrato de soporte de inóculos (azufre para T. thiooxidans y pirita para T. ferrooxidans) aplicado como revestimiento sobre las "BIOBALLS". A medida que la solución de lixiviación pasa a través de esta Celda, el ion ferroso se biooxida a férrico, y las soluciones quedan cargadas con un exceso de inóculo. Las soluciones de lixiviación pasan a continuación a través de la Celdas 3, 4 y 5, que están cargadas con "BIOBALLS" revestidos con concentrados. La disolución de metales a partir de los concentrados de minerales sulfurados genera una solución de lixiviación cargada (PLS). La PLS se envía a una instalación de SX o de IX para un tratamiento adicional.
La Figura 3 esquematiza un sistema de biolixiviación de cuba en contracorriente pasivo. Las "BIOBALLS" que están cargados con concentrados de minerales sulfurados presentan una flotabilidad negativa, mientras que las "BIOBALLS" liberadas de su carga de concentrados flotan fácilmente. Por tanto, a medida que las soluciones de lixiviación solubilizan los metales concentrados, las "BIOBALLS" lixiviadas se pueden decantar con la solución de lixiviación cargada (PLS) y se separan con un tamiz. La PLS se envía a una instalación de SX o de IX para su tratamiento, y las "BIOBALLS" se reciclan a la instalación de carga de concentrado para un nuevo revestimiento.
La Figura 4 es un diagrama de sistemas de lixiviación en montones de concentrados en "BIOBALL" y de lixiviación en cubas de concentrados en "BIOBALL".
La Figura 5 ilustra la manera en que se varió la concentración de hierro férrico inicial para determinar su efecto sobre el régimen de extracción, de 0 g/l a tan alta como de 15 g/l.
La Figura 6 es un diagrama de operaciones de un procedimiento biológico para la producción de soluciones de ácido sulfúrico a partir de azufre.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a las porciones gestionables de biolixiviación, lixiviación química, procedimientos de manipulación de materiales y dispositivos de tratamiento, que cuando se combinan proporcionan procedimientos eficaces para la solubilización comercial de metales a partir de concentrados de minerales sulfurados. El material básico de concentrado mineral sulfurado se produce generalmente mediante una concentración por flotación con espuma. La composición del mineral de concentrados de cobre consiste generalmente en una mezcla de sulfuros metálicos comerciales combinados con minerales de desecho contaminados tales como pirita y cuarzo, así como minerales obtenidos como subproductos o coproductos tales como plata, oro y molibdenita. Los concentrados con un contenido de metal suficiente se refinan directamente en hornos de fusión primarios. Los concentrados de bajo grado, o bien se tuestan y se lixivian, o se mezclan con concentrados de alto grado para proporcionar una alimentación comercial a un horno de fusión. Los productos de desecho procedentes del tratamiento de concentrados sulfurados mediante fusión o tostación son indeseables y perjudican el medio ambiente. Los productos de desecho tales como dióxido de azufre contaminan el aire, los residuos de arsénico y selenio contaminan el agua, y los lixiviados procedentes de pilas de escoria contaminan el agua superficial y subterránea. La aplicación de los procedimientos, reactivos y dispositivos que caracterizan la presente invención se puede utilizar para producir comercialmente metales de una manera más responsable desde el punto de vista medioambiental.
La presente invención proporciona materiales y procedimientos que permiten la biolixiviación mejorada de concentrados de minerales sulfurados finamente triturados o de azufre. Los concentrados de azufre se pueden fijar a substratos con una alta superficie específica, tales como "BIOBALLS", utilizando una formulación de ligante polimérico en un tambor giratorio u otra operación adecuada. Las bolas revestidas y secas se disponen en una cuba, y una solución de lixiviación se bombea a través del lecho hasta que se obtiene la recuperación por solubilización del metal deseado, o en el caso en que se está lixiviando azufre, hasta que se obtiene la producción de ácido sulfúrico deseada.
El potencial de oxidación de la solución de lixiviación se puede aumentar para la lixiviación de sulfuros metálicos mediante el reciclado a través de un generador férrico biológico. El generador férrico biológico se denomina asimismo convertidor de refinado biológico, o simplemente BRC. Muchos minerales sulfurados se lixivian rápidamente con soluciones muy férricas y el generador férrico biológico es un medio económicamente eficaz para mejorar la calidad del contenido férrico de las soluciones de lixiviación con reactivos.
En una forma de realización específica del procedimiento de la invención, el reactor consiste en un tipo de lecho percolador que utiliza un lecho de "BIOBALLS" revestidas con catalizador/substrato a las que se ha inoculado bacterias Thiobacillus ferrooxidans que se fijan al substrato y convierten el hierro ferroso en férrico en la solución de tratamiento como parte de su metabolismo. Se obtienen regímenes de conversión de aproximadamente 0,8 g/l/h de manera rutinaria en un reactor de laboratorio con una capacidad de 20 galones con concentraciones de hierro de hasta 50 g/l. Una vez que se ha obtenido el nivel de lixiviación deseado, las bolas lixiviadas se envían a un separador por arrastre en el que se separan las colas de las "BIOBALLS" y del polímero. El polímero y las bolas se reciclan a continuación al comienzo del circuito.
Un aspecto adicional de la presente invención consiste en una mejora de la mezcla de un catalizador con los concentrados para aumentar el régimen de lixiviación y la recuperación. Se incorpora asimismo un nutriente para las bacterias que oxidan el hierro. El catalizador y el nutriente combinados se denominan en la presente memoria "BIOCAT". En una forma de realización preferida, el catalizador contiene un pequeño porcentaje de polvo de grafito, que proporciona un sitio para que cristalice azufre elemental, un producto de reacción normal en una lixiviación de mineral sulfurado (patente U.S. nº 5.413.624). Además, la presencia de grafito minimiza los efectos de obstrucción que pueden tener lugar cuando el azufre producido forma una capa amorfa sobre los minerales sulfurados no lixiviados. El efecto del grafito consiste en proporcionar una conductancia eléctrica a través de la capa de azufre, de tal modo que pueda tener lugar remotamente la oxidación del mineral a partir de las especies oxidantes en la solución de tratamiento. El grafito proporciona asimismo un sitio para la adsorción de oxígeno en la proximidad del mineral, de tal modo que el oxígeno pueda oxidar cationes subvalentes (Fe^{2+}, por ejemplo) que posteriormente oxidan el mineral. El medio nutriente proporciona una fuente de carbono orgánico y vitaminas que favorecen el crecimiento y el mantenimiento de bacterias oxidantes en el procedimiento de lixiviación. En una forma de realización, el medio nutriente es PEGM, tal como se describe en la patente U.S. nº 5.413.624.
Un aspecto adicional de la presente invención consiste en el diseño eficaz de los reactores en los que se tratan los concentrados. Se ejemplifican en la presente memoria tres diseños de reactores básicos que se pueden utilizar para biolixiviar concentrados de minerales sulfurados. El reactor seleccionado se basa en los siguientes criterios:
1.
Contenido de metal del concentrado medido en porcentaje y subdividido para propósitos de referencia como de alto y bajo grado.
2.
Solubilidad relativa del concentrado en soluciones de sulfato férrico, cloruro férrico o sulfonato férrico.
3.
Requisitos de tiempo para una solubilización comercial, es decir, costes de tratamiento superiores exigen tiempos de permanencia cortos, costes de tratamiento inferiores permiten tiempos de permanencia más prolongados.
Para adaptarse a los requisitos de tratamiento de los concentrados anteriormente indicados, se describen los siguientes diseños de reactores:
1.
Una biolixiviación en cuba en contracorriente estática (Figura 3) con o sin un generador férrico biológico auxiliar para la regeneración férrica para concentrados de bajo grado.
2.
Una columna de biolixiviación de celdas segmentadas estáticas (Figura 2) en la que las soluciones de lixiviación de aplicación se aplican por aspersión a celdas cargadas con concentrados de sulfuros cargados sobre "BIOBALLS".
3.
Una lixiviación en montones o en cubas abiertas estáticas (Figura 4) de "BIOBALLS" cargadas con concentrados apiladas. Apicacíón de soluciones de lixiviación de sulfato férrico, o en el caso de concentrados de oro y plata sulfídicos una solución de lixiviación de cianuro. La integración del generador férrico biológico sería opcional.
La presente invención se refiere a la biolixiviación de concentrados, menas, residuos de minerales sulfurados y/o azufre elemental. Un aspecto de la invención se refiere a procedimientos ventajosos para la producción de ácido sulfúrico a partir de azufre. Cuando se pone en contacto azufre elemental con un inóculo que contiene Thiobacillus thiooxidans, Sulfolobus u otras especies bacterianas oxidantes, u otros microbios acidófilos tales como hongos en presencia de aire y agua, el azufre es oxidado por dichos microorganismos para formar ácido sulfúrico que queda contenido en la solución acuosa resultante. Después de que se establece el equilibrio y el pH de la solución se reduce a un valor de 1 o inferior, se puede retirar una corriente lateral y se utiliza directamente o se envía a unidades de membranas de ósmosis inversa para aumentar la concentración de ácido a un nivel superior. Se puede añadir agua de nueva aportación como agua de reposición para compensar el volumen de la solución retirada en forma de una corriente lateral. El procedimiento se puede hacer funcionar a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas dependiendo de los microorganismos que se utilicen.
El azufre se puede aplicar como revestimiento sobre "BIOBALLS". La lixiviación de azufre elemental para producir ácido sulfúrico es un bioprocedimiento no contaminante. Éste se puede aplicar en todas partes del mundo con una aplicación apropiada y se puede utilizar con una mínima cantidad de equipo. La Figura 6 muestra esquemáticamente una forma de realización de este procedimiento. Este procedimiento facilita la producción de ácido sulfúrico sin la utilización de un equipo con una inversión de capital costosa y, si se utiliza apropiadamente, no origina ninguna contaminación. A la inversa, la tecnología actual que utiliza la combustión de azufre elemental y el tratamiento de los gases resultantes que contienen dióxido de azufre a través de lechos catalíticos origina una contaminación del aire y requiere enormes inversiones de capital. Por tanto, el procedimiento de la presente invención proporciona ácido sulfúrico a bajo coste para minas e instalaciones localizadas en zonas remotas y en países que carecen de la infraestructura necesaria para manipular el ácido sulfúrico concentrado sumamente peligroso. La mayoría de las operaciones de lixiviación utilizan soluciones acuosas de ácido sulfúrico que contienen menos de 20 gramos por litro de ácido sulfúrico. Con la tecnología actual, el ácido sulfúrico se produce en una forma muy concentrada y a continuación se transporta al punto de utilización en el que se diluye con agua para producir las soluciones acuosas que se utilizan en la mayor parte de las operaciones de lixiviación. La utilización del procedimiento de la presente invención permite la generación de solucione acuosas de ácido sulfúrico muy cerca del punto de utilización, eliminando los peligros al personal y al medio ambiente que están asociados con la producción actual de ácido sulfúrico. El azufre elemental puede ser sustituido por pirita; sin embargo, se puede necesitar una etapa de eliminación de hierro si se desea una mejora de la calidad del ácido.
Datos experimentales muestran este procedimiento utilizando Thiobacillus thiooxidans; sin embargo, se puede utilizar cualquiera de los microorganismos acidófilos que oxidan azufre para producir ácido sulfúrico de la manera descrita en la presente memoria. El azufre puede estar presente en cualquier forma que permita un contacto suficiente con oxígeno y agua.
La extracción de metales a partir de concentrados de sulfuros o la producción de una solución de ácido sulfúrico a partir de azufre elemental o pirita se facilita mediante la utilización de "BIOBALLS" en cubas o depósitos con sistemas de agitación o sin sistemas de agitación. La utilización de los sistemas de lixiviación que se describen en la presente memoria no están limitados a la utilización de columnas con rellenos de "BIOBALLS".
Materiales y procedimientos Lixiviación química Sulfato férrico
Es conocido desde hace mucho tiempo que el régimen de lixiviación de chalcocita aumenta en presencia de iones férricos. Como el ion férrico oxida el cobre, éste se reduce a ion ferroso. En presencia de oxígeno y bacterias oxidantes tales como Thiobacillus ferrooxidans, éste se convierte de nuevo en férrico. Dicha reacción tiene lugar de manera natural siempre que estén presentes oxígeno y bacterias. Este mismo proceso natural se puede acelerar por medio de la utilización de un generador férrico biológico.
Catalizador
Se utilizan catalizadores en muchos procedimientos industriales. Para la biolixiviación, se ha desarrollado el catalizador denominado "BIOCAT". El "BIOCAT" es una mezcla de nutrientes biológicos y grafito finamente triturado. Se puede utilizar el nutriente PEGM (patente U.S. nº 5.413.624) para proporcionar una fuente de carbono orgánico y vitaminas que favorecen el crecimiento y el mantenimiento de las bacterias oxidantes utilizadas en la lixiviación. El componente de grafito del "BIOCAT" proporciona un sitio para que cristalice el azufre elemental, un producto de reacción normal en la lixiviación de minerales sulfurados (Wan et al., supra). Además, la presencia de grafito minimiza los efectos de obstrucción que pueden tener lugar cuando el azufre producido forma una capa amorfa sobre los minerales sulfurados no lixiviados. El efecto del grafito consiste en proporcionar un sitio de conductancia entre el mineral sulfurado y el oxígeno, proporcionando así una prolongación de la reacción de lixiviación catalizada con bacterias.
Manipulación de materiales
Las "BIOBALLS" presentan una configuración esquelética de anillo y clavija que sirve como una superficie sobre la cual se pueden fijar el substrato y los concentrados de minerales sulfurados. Se pueden utilizar poli-metacrilato de etilo (PEMA), parafina y otras formulaciones comparables para fijar el substrato de mineral sulfurado para dar soporte al inóculo de T. ferrooxidans o T. thiooxidans. La parafina y el "BIOCAT" o los concentrados han sido aplicados como revestimiento sobre "BIOBALLS" sumergiendo las mismas en parafina fundida y seguidamente sumergiéndolas en "BIOCAT" o en concentrados y enfriando. El PEMA y el "BIOCAT" o los concentrados han sido aplicados como revestimiento sobre "BIOBALLS" a partir de suspensiones basadas en solventes que contienen "BIOCAT" o concentrado y PEMA y secando. Las "BIOBALLS" se pueden revestir asimismo utilizando suspensiones acuosas de polímeros reticulables tales como resinas de furfural o PVA. El azufre ha sido aplicado como revestimiento sobre "BIOBALLS" sumergiendo las "BIOBALLS" en el azufre fundido y enfriando a continuación. Utilizando las lixiviaciones proporcionadas en la presente memoria, se puede utilizar cualquier sistema ligante empleado en la técnica de revestimientos.
Las "BIOBALLS" de HDPE puras, descargadas, flotan mientras que las "BIOBALLS" cargadas no flotan. Debido a ello, las "BIOBALLS" cargadas con concentrados de minerales sulfurados se pueden lixiviar de manera estática. Al cargar las "BIOBALLS" revestidas en el fondo de un sistema de lixiviación de cubas en contracorriente, las "BIOBALLS" flotan en la superficie de la cuba cuando la concentración de mineral sulfurado es lixiviada (Figura 3). La recogida de las "BIOBALLS" lixiviadas que flotan en la superficie se puede realizarse por decantación del licor de lixiviación y el tamizado de las "BIOBALLS". Las "BIOBALLS" recuperadas se pueden reciclar a los tambores de revestimiento, se vuelven a revestir con concentrados de minerales sulfurados y se vuelven a introducir en el sistema de lixiviación de cubas en contracorriente (Figura 3).
Diseño del reactor
Se diseñaron y se ensayaron dos reactores de biolixiviación de concentrados de minerales sulfurados. Los dos diseños proporcionan diferentes economías para la extracción de diferentes grados y tipos de concentrados de minerales sulfurados.
El primer diseño consiste en un sistema estático de biolixiviación de cubas inundadas en contracorriente (Figura 3). El sistema en contracorriente es muy útil para una lixiviación química con ácido sulfúrico o soluciones férricas de MSA. El sistema en contracorriente permite asimismo la extracción de "BIOBALLS" lixiviadas con ácido, que flotan en la superficie del depósito y se decantan con la PLS. Un segundo diseño consiste en una columna de biolixiviación de celdas segmentadas apiladas percoladas diseñada para tratar concentrados de minerales sulfurados reacios o para biolixiviar azufre para producir ácido sulfúrico. El diseño del reactor proporciona una inoculación y una aireación continuas del concentrado cargado en las celdas con "BIOBALLS" (Figura 2). El diseño presupone que los concentrados de minerales sulfurados presentan un grado que un tiempo de permanencia a medio o largo plazo no afectará negativamente a la economía. El reactor es del tipo de aire estático, necesitando únicamente el bombeo de la solución, sin ninguna inyección de gas y sin piezas móviles.
En la Figura 6 se muestra un diagrama esquemático de un procedimiento para la producción de ácido sulfúrico. El azufre y el nutriente se pueden aplicar como revestimiento sobre un substrato apropiado tal como "BIOBALLS" y se hacen reaccionar con agua en un biorreactor (mostrado en la Figura 2) y la reacción se cataliza con un inóculo de Thiobacillus thiooxidans. El reactor produciría una solución de ácido sulfúrico de pH 2 o inferior. Si se necesita un ácido más concentrado, se puede utilizar una tecnología de intercambio iónico o de ósmosis inversa.
Lo siguiente es un ejemplo que ilustra un procedimiento para la práctica de la invención. Este ejemplo no deberá considerarse como limitativo. Todos los porcentajes se expresan en peso y todas las proporciones de mezclas de solventes se expresan en volumen a menos que se indique otra cosa.
Ejemplo 1 Lixiviación de concentrados de cobre de bajo grado utilizando "BIOBALLS"
Se utilizó un relleno de "BIOBALL" como substrato para concentrados de cobre de bajo grado (considerado de bajo grado para una fusión directa, pero que contiene una proporción de metal importante) procedente de una mina de Arizona. Se llevaron a cabo dos ensayos en paralelo. En un ensayo, los concentrados se utilizaron solos. En el otro ensayo, los concentrados se combinaron con "BIOCAT". Los concentrados de cobre de bajo grado se lixiviaron con un agente de lixiviación con alto contenido de hierro férrico biológicamente generado, en cubas con sistema de agitación. La concentración inicial de hierro férrico se varió para determinar su efecto sobre el régimen de extracción, de 0 g/l hasta tan alta como de 15 g/l (Figura 5).
Los concentrados de cobre se cargaron sobre "BIOBALLS" utilizando el siguiente procedimiento. Se pesaron dos lotes de 250 g de concentrados secos. Un lote se mezcló con una adición de "BIOCAT" del 5% en peso. Se añadió un ligante (polietilmetacrilamida de peso molecular intermedio) a partir de un solución concentrada en acetona al 13% en volumen de sólidos totales. Se añadió acetona adicional para reducir la viscosidad de la suspensión hasta que se pudiera verter. Se sumergieron a continuación "BIOBALLS" con un diámetro de una pulgada en la suspensión, se hicieron girar en un lecho de concentrados secos y se secaron. Se prepararon veinte bolas revestidas de cada lote. Cada lote de "BIOBALLS" revestidas se dispuso en una botella de polietileno con una capacidad de un galón. Se añadieron a cada botella 1.200 ml de solución de lixiviación, que fue suficiente para cubrir justamente las "BIOBALLS" revestidas. Las soluciones de lixiviación consistieron en ácido sulfúrico a una concentración de 10 g/l y adiciones de sulfato férrico biológicamente generado. El contenido férrico se varió en ciclos de lixiviación individuales para determinar el efecto de la concentración férrica. Los ciclos de lixiviación individuales fueron típicamente de una duración de dos días, pero la duración se aumentó hacia el final de la lixiviación. El periodo de lixiviación fue de 30 días. En la Tabla 1 se exponen los resultado de este experimento. Se extrajo el noventa y tres por ciento del cobre soluble en ácido sin adición de "BIOCAT". Se extrajo el noventa y ocho por ciento del cobre soluble en ácido con la adición de "BIOCAT".
TABLA 1
Lixiviación con sulfato férrico de concentrados de chalcocita
Concentrados sin catalizador
Día Ciclo de Cobre T. ferrooxidans % extraído % acumulado de
lixiviación (g/l) (g/l) por lixiviación extracción de Cu
1 1 2,00 2,0
2 5,40 3,0 8,00% 8,00%
3 2 8,50 10,0 8,00%
4 8,50 9,5 12,50% 20,50%
5 3 6,00 8,8 20,50%
6 6,80 9,2 16,00% 36,50%
7 4 6,50 15,9 36,50%
8 8,60 16,8 36,50%
9 9,30 15.5 16,50% 53,00%
10 5 2,00 2,9 53,00%
11 2,20 2,9 3,90% 56,90%
12 6 1,17 1,5 56,90%
13 1,65 1,5 2,90% 59,80%
14 7 2,80 9,6 59,80%
15 4,00 8,9 59,80%
17 7,40 11,3 13,10% 72,90%
19 8 2,80 4,3 5,00% 77,90%
21 9 3,40 14,7 77,90%
32 8,90 15,3 15,70% 93,60%
TOTAL: 93,60%
Concentrados con biocatalizador
Día Ciclo de Cobre T. ferrooxidans % extraído % acumulado de
lixiviación (g/l) (g/l) por lixiviación extracción de Cu
1 1 2,30 2,2
2 5,70 3,2 12,10% 12,10%
3 2 7,50 9,6 12,10%
4 8,60 10,0 18,30% 30,40%
5 3 3,40 5,9 30,40%
6 5,90 8,8 20,10% 50,50%
7 4 3,70 16,1 50,50%
8 5,70 16,8 50,50%
9 6,10 16,2 15,60% 66,10%
(Continuación)
Concentrados con biocatalizador
Día Ciclo de Cobre T. ferrooxidans % extraído % acumulado de
lixiviación (g/l) (g/l) por lixiviación extracción de Cu
10 5 1,56 2,5 66,10%
11 1,84 2,6 4,70% 70,80%
12 6 1,07 1,4 70,80%
13 1,46 1,5 3,70% 74,50%
14 7 1,56 9,5 74,50%
15 2,20 9,6 74,50%
17 4,50 12,0 11,50% 86,00%
19 8 1,50 4,5 3,80% 89,80%
21 9 1,20 15,1 89,80%
32 3,40 15,5 8,70% 98,50%
TOTAL: 98,50%
Los resultados del estudio de lixiviación confirman la posibilidad de aplicación de la presente invención para la extracción de metales a partir de concentrados y demuestran la ventaja de las adiciones de "BIOCAT".
Ejemplo 2
Una columna que contenía azufre cargado sobre "BIOBALLS" se trató con un inóculo que contenía Thiobacillus thiooxidans. La solución acuosa inicial utilizada para dar comienzo al inóculo presentó un pH de 6. Tres días más tarde, el pH de la solución se había reducido a 1,73. Estos datos demuestran, con la reducción del pH, que se está generando ácido sulfúrico mediante el Thiobacillus thiooxidans.
Deberá comprenderse que los ejemplos y las formas de realización descritas en la presente memoria son para propósitos ilustrativos únicamente, y que se sugerirán diversas modificaciones o cambios a la luz de los mismos a expertos en la materia dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Procedimiento para la extracción de metales a partir de concentrados de minerales sulfurados o para la producción de ácido sulfúrico a partir de azufre, que comprende
(a)
fijar los concentrados o el azufre a un substrato de relleno de gran superficie específica, para obtener altas densidades de mineral triturado y una alta fracción de volumen abierto para el flujo de soluciones de tratamiento, y en el que se mezclan grafito o grafito y nutrientes para bacterias oxidantes con los concentrados de minerales sulfurados antes de ser fijados al relleno; y
(b)
lixiviar dichos metales o dicho azufre.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el relleno consiste en esferas que están constituidas por una disposición de anillo y clavija.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el relleno está constituido por un material reciclable.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el relleno está constituido por polietileno.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa (b) comprende la adición de sulfato férrico.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente ligante es un polímero.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el polímero es poli- metacrilato de etilo.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el relleno se reviste con un nutriente biológico y un catalizador para favorecer la vitalidad y el crecimiento de microbios acidófilos.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que los microbios acidófilos se seleccionan entre Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferrooxidans y hongos.
10. Reactor biológico para una lixiviación de concentrados mejorada, que comprende una columna de celdas de biorreacción apiladas que comprende:
(a) una celda que incluye un substrato de relleno de anillo y clavija revestido con bacterias oxidantes;
(b) una celda de lixiviación en la que se lixivia un substrato de relleno cargado con concentrados; en el que el diseño de celdas apiladas proporciona un flujo de aire natural máximo a través de las celdas segmentadas; y la celda de lixiviación es una celda de lixiviación de doble forro que asegura que pase un flujo de aire máximo por toda la pila de relleno en la celda.
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