ES2198713T3 - Biolixiviacion de concentrados de minerales sulfurados. - Google Patents
Biolixiviacion de concentrados de minerales sulfurados.Info
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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.
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
\hskip2cmCuS + CuSO_{4} + 2FeSO_{4}
\hskip5cm(T.t.) BAC
(2) CuS + Fe_{2}(SO_{4})_{3}
\hskip2cm\rightarrow
\hskip2cmCuSO_{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.
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
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.
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".
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.
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.
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).
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.
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".
| 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".
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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