ES2206004A1 - Proceso de minerales de sulfuro de cobre. - Google Patents
Proceso de minerales de sulfuro de cobre.Info
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Abstract
Procesado de minerales de sulfuro de cobre, en particular un método para extraer cobrede un mineral que contiene ulfuro de cobre (1). comprende triturar y mezclar la alimentación (2,6,10) y lixiviarla en un autoclave (20). Las condiciones en el autoclave son controladas de modo que la presencia de oxigeno a presión superatmosférica mantenga la relación de iones ferrosos o férricos a un nivel que facilite la lixiviación de cobre de la alimentación. La lixiviación se efectúa en presencia de ácido el cual puede ser por las condiciones oxidantes del autoclave. Se efectúa una lixiviación adicional en una serie de tanques (22, 24, 26 y 28) tras lo cual los sólidos se separan de la solución en una serie de etapas que incluyen el tratamiento en un hidroclasificador (30), un clasificador (32) y un filtro de acabado (38). El cobre se extrae de la solución de lixiviación resultante en una estación de cobre (44) siendo recuperado un producto de cobre final (54) en cubas de electro-recuperación (52).
Description
Procesado de minerales de sulfuro de cobre.
Esta invención se relaciona con procedimientos
para recuperar cobre a partir de materiales de alimentación que
contienen cobre.
Existen varias vías de procedimientos
alternativos para el tratamiento de minerales de cobre, en
particular de minerales en donde el cobre está presente como
sulfuros de cobre, tales como calcocita Cu_2S, covelita CuS,
bornita Cu_5FeS_4 y enargita Cu_3AsS_4. Estas vías incluyen
lixiviación in situ, lixiviación en montones y lixiviación
en tanques agitados. Cada una de las vías puede incorporar
diferentes métodos de regeneración del ión férrico, el principal
agente de lixiviación: oxidación bacteriana, oxidación por oxígeno
gaseoso u oxidantes químicos. La elección de la vía viene
influenciada por factores tales como cantidad y calidad de los
recursos, mineralogía tanto de los minerales de cobre como de la
ganga y consideraciones climáticas y medioambientales.
A continuación se describen con mayor detalle
estos métodos alternativos:
Esta técnica presenta los mayores inconvenientes
medioambientales debido a la dificultad existente a la hora de
mantener las soluciones de lixiviación dentro de la zona del
mineral. Surgen otras dificultades como consecuencia de la
permeabilidad variable del mineral, imposibilidad de controlar la
reacción de lixiviación y alta probabilidad de que se consigan
recuperaciones globales muy bajas. La lixiviación in situ es
solo considerada en general para materiales de alta permeabilidad
y baja calidad que no pueden ser procesados por otros medios y para
recursos en donde el agente de lixiviación es neutralizado
rápidamente por la roca residual que rodea a la zona del
mineral.
La lixiviación en montones se emplea normalmente
para tratar minerales de calcocita en Australia, por ejemplo, Mt
Gordon, Girilambone, y en otras propiedades de todo el mundo. Sin
embargo, la eficacia de esta técnica depende en gran medida de la
naturaleza del mineral al tratar. Para ciertos minerales con los
que se efectúan montones de altura media, se requerirán largo
tiempos de lixiviación para conseguir una recuperación moderada. La
velocidad de lixiviación es menos dependiente de la velocidad de
lixiviación real del mineral que de aquellos factores que
promoverán o inhibirán la lixiviación: suministro de oxígeno,
permeabilidad de los montones, percolación del licor y variabilidad
de la calidad del mineral. Muchas minas que realizan la
lixiviación en montones experimentan dificultades continuas a la
hora de conseguir una estabilidad satisfactoria en dichos factores,
con el resultado de que el rendimiento de la lixiviación en
montones suele caer muy por debajo de las expectaciones que
teóricamente parecería ser razonables en el momento de la
realización de pruebas experimentales de lixiviación.
Además, cuando el mineral contiene altos niveles
de pirita existe la posibilidad de una reacción de la pirita con el
ión férrico conducente a una mayor producción de ácido y a
condiciones inadecuadas para la lixiviación bacteriana.
La lixiviación en tanque agitado tiene el
potencial de lograr las máximas recuperaciones bajo condiciones de
lixiviación controladas. Los tiempos de lixiviación para mineral
molido o para un concentrado se pueden reducir a varias horas. Las
reacciones de la pirita pueden ser controladas y se pueden ajustar
los parámetros tales como suministro de oxígeno y temperatura para
asegurar una reacción controlada. El procedimiento comprende
lixiviar el mineral molido en presencia de un agente de lixiviación
ácido que contiene ión férrico. El ión férrico oxida al cobre para
forma iones cobre solubles y se reduce por sí mismo a iones
ferrosos. El ión ferroso se convierte entonces a ión férrico para
realizar otro ataque del mineral de cobre. La oxidación del ión
ferroso puede realizarse según varios métodos. El lixiviante se
puede separar de los sólidos y el ión férrico puede ser regenerado
bacterianamente o por reacción con ácido y oxígeno (o aire)
finamente dispersado. Alternativamente, el ión férrico puede ser
regenerado directamente en la lechada mediante inyección de oxígeno
o aire finamente disperso. Esto puede realizarse en el tanque de
lixiviación o separando una pequeña corriente y pasándola a través
de un dispositivo de inyección de aire/oxígeno como una corriente
lateral. El proceso puede ser controlado estrechamente de manera que
su traslado a una escala de planta de tamaño real pueda ser
efectuado perfectamente y puedan realizarse estimaciones precisas
de las recuperaciones finales y de los costes tanto operativos como
de capital. Sin embargo, en la recuperación del lixiviante están
implicados importante esfuerzos y costes. Además, la velocidad de
lixiviación puede disminuir a medida que se utiliza el ión férrico
en la etapa de lixiviación. Con ciertos minerales, por ejemplo,
covelita y enargita, la velocidad de lixiviación resulta más
dependiente del Eh el cual es fuertemente influenciado por la
relación férrico/ferroso. Suelen obtenerse las recuperaciones por
lixiviación más elevadas a través de la presencia de altas
relaciones férrico/ferroso al término de la lixiviación. Esto
resulta difícil de conseguir en una lixiviación atmosférica dado
que el grado de dispersión de oxígeno en la pulpa es limitado.
Por tanto, existe la necesidad de disponer de un
procedimiento que resulte adecuado para el tratamiento de una gama
de minerales de cobre y que contienda con los inconvenientes de los
procesos convencionales anteriormente descritos.
Se proporciona un procedimiento para extraer
cobre a partir de una alimentación mineral que contiene mineral de
sulfuro de cobre, que comprende las etapas de:
- (a)
- lixiviar la alimentación con una solución ácida que contiene iones ferrosos y/o férricos a una temperatura por encima de la temperatura ambiente, en presencia de oxígeno a una presión superatmosférica de oxígeno, para producir una solución de lixiviación que contiene iones cobre;
- (b)
- extraer selectivamente los iones cobre de la solución de lixiviación mediante extracción con disolvente, para formar una solución de extracción que contiene iones cobre y un refinado ácido que contiene iones ferrosos, iones férricos y bajos niveles de iones cobre;
- (c)
- reciclar parte del refinado para su inclusión en la solución ácida de la etapa (a); y
- (d)
- recuperar cobre a partir de la solución de extracción.
Adecuadamente, la alimentación no incluye
cantidades importantes de cloruro soluble o lixiviable. Deberá
incluir menos de 5% en peso de cloruro, más preferentemente menos
de 1% en peso. La presencia de cantidades importantes de iones
cloruro da lugar a un entorno muy agresivo y, de este modo, se
requiere el uso de una instalación costosa. Esto conduce a su vez a
mayores costes. De aquí la preferencia que se da a las
alimentaciones de bajo contenido en cloruros. Similarmente, la
solución ácida deberá mantenerse prácticamente libre de
cloruros.
El mineral de sulfuro de cobre puede incluir
calcocita Cu_2S, covelita CuS, bornita Cu_5FeS_4 o enargita
Cu_3AsS_4 y/o mezclas de dos o más de los mismos. El mineral
de sulfuro de cobre puede incluir mineralización de hierro. La
mineralización de hierro puede ser pirita. La misma puede incluir de
15 a 95% de pirita. El mineral de sulfuro de cobre puede proceder
del yacimiento Esperanza en Australia. El mineral de Esperanza
contiene habitualmente alrededor de 70% de pirita en asociación con
calcocita. Después de la dilución en la mina, el mineral tendrá un
promedio de 60% de pirita, es decir, la alimentación al autoclave
consistirá en 30 a 70% de pirita, con un promedio de 60%.
En comparación, un concentrado de mineral del
yacimiento Mammoth en Australia, después de la flotación, puede
contener habitualmente alrededor de 30% en peso de pirita. Este
concentrado es también adecuado para el tratamiento destinado a la
recuperación de cobre mediante el procedimiento de esta
invención.
Para facilitar una lixiviación más rápida, la
alimentación puede ser molida. Después de la molienda, la mayoría
de las partículas de la alimentación tendrán un tamaño en general
menor de 150 micrómetros, más preferentemente menor de 100
micrómetros. Con preferencia, después de la molienda la alimentación
contendrá un 80% en peso de partículas que pueden pasar por un
tamiz de 150 micrómetros y más preferentemente el 80% en peso de las
partículas pueden pasar por un tamiz de 75 a 106 micrómetros.
En la etapa (a), la solución ácida contendrá
ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico es adecuadamente generado in
situ en la etapa (a) mediante la oxidación de los sulfuros
contenidos en la alimentación y por transferencia, por vía de la
extracción con disolvente, desde la
electro-recuperación. Adecuadamente, la
concentración de la solución ácida caerá dentro de la gama de 10 a
60 g/l H_2SO_4.
Los iones férricos en la etapa (a) pueden ser
generados in situ mediante la lixiviación de hierro de la
alimentación para producir iones ferrosos y mediante la oxidación
con oxígeno de los iones ferrosos de la alimentación y del refinado
reciclado a iones férricos. Los iones férricos promueven la
disolución de los minerales de cobre para producir iones cobre
(fundamentalmente iones cúpricos divalentes Cu^{2+}) y, en el
procedimiento, aquellos se reducen por sí mismos al estado ferroso
Fe^{2+}. De este modo, la solución ácida contendrá iones tanto
férricos como ferrosos. Es preferible que la relación de iones
férricos a iones ferrosos sea de por lo menos 1,0 y más
preferentemente de 2,0 al término de la etapa en el autoclave.
Adecuadamente, la concentración de hierro en solución se mantiene
en la gama de 10 a 40 g/l durante la lixiviación.
Convenientemente, la etapa de lixiviación (a) se
efectúa a una temperatura del orden de 50 a 105°C, más
preferentemente de 65 a 95°C. La presión parcial de oxígeno usada
en la realización de la etapa (a) se mantiene generalmente en la
gama de 1 a 10 Bar, más adecuadamente en la gama de 2 a 7 Bar.
Puede existir más de una etapa de lixiviación.
Las posteriores etapas de lixiviación se pueden efectuar bajo
condiciones similares a las indicadas para la etapa (a).
Alternativamente, una o más de las posteriores etapas de
lixiviación se pueden efectuar bajo condiciones atmosféricas
normales. Cuando las etapas previas o posteriores son efectuadas
bajo condiciones atmosféricas normales, es importante asegurar que
exista un exceso suficiente de ión férrico en la solución de la
etapa (a) para continuar una lixiviación sustancial. Bajo
condiciones atmosféricas normales con pulverización de aire/oxígeno,
se reduce en gran medida la regeneración de ión férrico a partir de
ión ferroso. En términos generales, las etapas de lixiviación
deberán traducirse en la extracción de al menos 80% y más
preferentemente 90% de la totalidad del cobre de la alimentación en
la solución ácida para la lixiviación. La lixiviación en tanques
posteriores se mejora en el caso de que dentro de estos tanques se
pulverice gas oxígeno residual procedente de la etapa del
autoclave.
La extracción con disolvente se puede realizar en
una o más etapas. Se puede efectuar usando una fase orgánica que
contiene un extractante de ión cobre específico. La fase orgánica
puede incluir un diluyente, normalmente un queroseno con un
contenido aromático de 10-30% y una temperatura de
inflamabilidad elevada. El diluyente reduce la viscosidad de la fase
orgánica y mejora las separaciones de las fases orgánica/acuosas.
Los extractantes pueden incluir aldoximas modificadas o mezclas de
aldoximas/cetoximas modificadas o sin modificar. A continuación se
ofrece un resumen de una gama de contenidos de un número de
posibles reactivos para la extracción con disolvente.
Reactivo
1
aldoxima:
5-nonilsalicilaldoxima
Modificador: diisobutirato de
2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol
y diluyente de alta temperatura de
inflamabilidad
Reactivo
2
cetoxima:
2-hidroxi-5-nonilacetofenonoxima
aldoxima:
5-nonilsalicilaldoxima
Modificador: Tridecanol
y diluyente de alta temperatura de
inflamabilidad
Reactivo
3
aldoxima:
5-nonilsalicilaldoxima
Modificador: Tridecanol
y diluyente de alta temperatura de
inflamabilidad
Reactivo
4
cetoxima:
2-hidroxi-5-nonilacetifenonoxima
aldoxima:
5-nonilsalicilaldoxima
y diluyente de alta temperatura de
inflamabilidad
Reactivo
5
aldoxima:
5-nonilsalicilaldoxima
Modificador: Tridecanol
y diluyente de alta temperatura de
inflamabilidad.
La solución de licor madre procedente de la
lixiviación puede contener generalmente de 15 a 30 o 40 g/l de
cobre. Resulta particularmente adecuada una concentración de 25 g/l
de cobre. Después del contacto con la fase orgánica en la
extracción con disolvente, la solución de cobre agotada o refinado
contendrá alrededor de 2-4 g/l de cobre. No es
necesario reducir el contenido en cobre de esta corriente a niveles
más bajos dado que la mayor parte o la totalidad del refinado se
recicla a la cabeza de la lixiviación. La presencia de cobre en la
corriente de reciclo puede catalizar también la regeneración de
iones ferrosos a férricos en la lixiviación.
La fase orgánica cargada resultante de la
extracción con disolvente puede ser sometida a una separación de
cobre poniéndola en contacto con ácido de alta concentración (por
ejemplo, 180 g/l de ácido sulfúrico) para producir una corriente de
electrolito. La corriente de electrolito puede ser alimentada a un
circuito de electro-recuperación para recuperar
cobre.
El electrolito agotado puede ser reciclado
entonces para recuperar más cobre.
En un procedimiento típico para llevar a cabo la
invención, después de la lixiviación en un autoclave y tras una
lixiviación adicional y enfriamiento, la lechada lixiviada puede
ser descargada a un hidroclasificador. Normalmente, no se añade
floculante al hidroclasificador. Los sólidos obtenidos como
corriente de fondo del hidroclasificador pueden alcanzar una
densidad final en estado sedimentado de 55-65% de
sólidos. Dichos sólidos son pasados a un tanque de almacenamiento
antes de la floculación y filtración en un filtro de cinta
horizontal. La torta de filtración puede ser lavada en tres etapas
en contra-corriente en la cinta de filtración de
residuos. De este modo se separa el cobre presente en la humedad
residual de la torta de filtración.
La corriente de fondo procedente del
hidroclasificador contiene sólidos finos que no sedimentaron en el
hidroclasificador. Es preferible que algunos sólidos, normalmente
5.000-100.000 ppm, estén contenidos en la corriente
de rebose del hidroclasificador.
La separación de los sólidos finos de la
alimentación al filtro de cinta horizontal de residuos de la
lixiviación, aumenta en gran medida el grado de filtración de
sólidos residuales y permite conseguir una eficacia mejorada en el
lavado. Una separación del alrededor de 3% de los sólidos en peso en
el rebose del hidroclasificador permite una mejora importante en
la velocidad de filtración en el filtro de cinta horizontal.
La presencia de sólidos finos en el rebose del
hidroclasificador mejora también las propiedades de
coagulación/floculación de esta corriente. Ello permite la
formación de flúculos suficientemente grandes que pueden ser
separados de modo satisfactorio en el clarificador.
El hidroclasificador puede estar acoplado con un
reciclo del rebose del hidroclasificador de nuevo a
hidroclasificador, aumentando con ello la proporción de sólidos
finos que aparecen en el rebose.
La selección correcta de coagulantes/floculantes
para el tratamiento de los sólidos finos del rebose del
hidroclasificador puede asegurar una separación casi total de los
sólidos finos de la corriente de licor madre. Cualquier sólido fino
presente en la corriente de licor madre puede causar una
interrupción en la posterior etapa de extracción con disolvente
mediante la formación de emulsiones estables conocidas como
impureza o materia extraña.
Los sólidos finos coagulados y floculados pueden
ser separados en un clarificador conocido como clarificador de
lecho clavado. Los sólidos coagulados y floculados son introducidos
en el clarificador a través de un pozo de alimentación central.
Los flóculos grandes sedimentan hacia el fondo del clarificador y
son descargados a través de una salida situada en el fondo.
Cualesquiera sólidos finos que permanezcan pueden ser transportados
hacia arriba a través de un lecho de perlas finas de poliestireno
que tienen un diámetro de alrededor de 1 mm. Estas perlas se pueden
colocar en su sitio o "clavar" a través de medios de
retención tal como una tela metálica de cuña de retención. El lecho
de perlas puede tener una profundidad de 600 mm. Los flóculos finos
son atrapados en las perlas y forman un lecho floculado el cual
puede capturar otros finos transportados ascendentemente hacia las
perlas. El licor clarificado pasa a través de las perlas y tela
metálica y puede ser descargado en filtro de arena para realizar
una pulimentación final antes de la extracción con disolvente.
Periódicamente, el licor puede ser separado del clarificador por
medio de una válvula. Esta puede estar situada cerca de la base del
clarificador. Dicha válvula crea un retro-flujo a
través de lecho y separa los sólidos acumulados. Estos sólidos
pueden ser descargados entonces a través de la salida situada en el
fondo.
Los sólidos finos floculados que se descargan por
la parte inferior del clarificador de lecho clavado, pueden ser
tratados adicionalmente en un circuito de decantación en
contra-corriente (CCD) en varias etapas. A este
circuito se puede añadir agua de lavado para separar por lavado el
cobre soluble de los sólidos finos casi estériles. El licor que se
descarga de este circuito puede ser tratado adicionalmente en un
circuito de extracción con disolvente de "sangría" en dos
etapas para separar cobre a bajos niveles. El circuito de extracción
con disolvente de "sangría" puede utilizar la fase orgánica
estéril desviada del circuito de extracción con disolvente
principal. El refinado del circuito de extracción con disolvente
de "sangría" se combina con los sólidos lavados de la corriente
inferior del CCD y con la torta de filtración de la cinta de
filtración de residuos para su neutralización antes de enviarlos
al dique de residuos.
Alternativamente, los sólidos finos que se
descargan en la corriente inferior del clarificador de lecho
clavado, se pueden añadir a los sólidos de rebose del
hidroclasificador y la corriente combinada se puede filtrar en el
filtro de cinta de residuos. Si bien la separación de finos del
rebose del hidroclasificador aumenta en gran medida la capacidad de
filtración de esta corriente, se produce poco o ningún impacto
adverso en la velocidad de filtración en el caso de que dichos
finos sean correctamente coagulados y floculados y mezclados de
nuevo con la fracción basta. Este método no requiere un circuito
CCD para el lavado de los sólidos finos. Cualquier sangría
requerida de este circuito se puede tomar del refinado de la
extracción con disolvente antes de la depuración, neutralización y
distribución finales del cobre.
El procedimiento de esta invención presenta
varias ventajas respecto al estado de la técnica, por ejemplo, al
ser realizado en recipientes de reacción tal como un autoclave, no
presenta los problemas medioambientales asociados con la
lixiviación in situ. Los procesos de extracción pueden ser
también controlados más cuidadosamente en recipientes de reacción
que en los procesos in situ que no utilizan recipientes de
reacción. Además, tiene la ventaja importante de que implica la
generación in situ del ión férrico en el recipiente de
reacción. Ello evita la necesidad de realizar una etapa separada de
regeneración del ión férrico y también hace posible la generación
de suficiente ión férrico en la primera etapa de lixiviación con
el fin de promover la lixiviación aguas abajo con el ión férrico
en exceso generado en la primera etapa. Esto evita la necesidad de
realizar una etapa separada y costosa para la regeneración del ión
férrico aguas abajo mientras que, al mismo tiempo, se hace uso del
calor en exceso generado en la primera etapa para promover
reacciones de lixiviación aguas abajo.
A continuación se describirá una modalidad
preferida de la presente invención con referencia al dibujo
adjunto.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujos de un
procedimiento preferido según la invención para el tratamiento de
minerales de cobre, especialmente del yacimiento de mineral
Esperanza.
Con referencia a la Figura 1, el producto de
explotación de mineral de la mina 1 que contiene calcocita y pirita
se apila en montones en una zona adyacente a la trituradora
primaria 2. Se mezcla el mineral de los montones clasificados para
reducir al mínimo las fluctuaciones de calidad de la
alimentación.
El mineral será triturado mediante mandíbulas a
un tamaño de partícula de alrededor de 150 mm y luego conducido por
el transportador 4 hacia un montón 6 de una capacidad de vida de
2-3 días. La capacidad de movimiento del montón
permite lograr una eficaz trituración intermitente.
El circuito de molienda que parte del montón 6 a
través de transportador 8 comprende un molino de molienda
semi-autógeno (SAG) de una sola etapa 10 en
circuito cerrado con ciclones 12. El molino tiene un accionamiento
de velocidad variable para ajustarse a las tasas de producción
variables que surgirán como consecuencia de las calidades también
variables del mineral. Se puede compensar la presencia de mineral o
de una dilución de mayor dureza aumentando la velocidad del molino
o añadiendo medios de molienda. Se prefiere el uso de una
trituradora de mandíbulas/circuito de molienda SAG de una sola
etapa por su simplicidad y por la posibilidad de poder manipular una
amplia gama de condiciones y velocidades de alimentación de
mineral.
A la alimentación al molino se añade piedra
caliza molida o cal hidratada o cal viva, según se requiera, para
neutralizar cualquier acidez derivada de la oxidación de cobre o
pirita con el fin de reducir al mínimo la corrosión en el
molino.
El tamaño del mineral procedente del circuito del
molino SAG será generalmente del orden de un 80% de partículas que
pasan por un tamiz de 75 micrómetros. Este tamaño de molienda no es
crucial para poder lograr una lixiviación eficaz y se podrá hacer
más grueso, siempre que resulte adecuado, dependiendo de la
naturaleza del mineral, para facilitar las posteriores operaciones
de espesamiento y filtración.
El mineral molido es espesado entonces por el
espesador 14 y filtrado por el filtro de cinta 16, siendo reciclado
el filtrado como agua del proceso.
La torta de filtración se somete de nuevo a
pulpación en un tanque 18 con refinado que ha sido calentado
previamente utilizando el calor residual 19 extraído de los
tanques de lixiviación atmosférica 22 y 24. El refinado contiene
habitualmente alrededor de 30 g/l Fe y alrededor de 45 g/l de ácido
sulfúrico generado por la oxidación de sulfuros y por transferencia
desde la electro-recuperación por vía de la
extracción con disolvente. La mezcla de lixiviación es bombeada
entonces a un autoclave agitado a baja presión 20 para la
lixiviación de cobre por la vía del sulfato férrico. La presión
parcial de oxígeno se mantiene en 2-5 Bar (presión
total 5-8 Bar) y la temperatura de la lechada en el
autoclave alcanzará un valor de 80-95°C. La
cantidad de Fe^{3+} requerida para la disolución de cobre será
generada in situ a través de la conversión de Fe^{2+} a
Fe^{3+} en presencia de ácido y oxígeno. La descarga del
autoclave a una temperatura de hasta 95°C cae por gravedad en un
tanque de lixiviación agitado 22 para la disolución adicional de
cobre a 80°C aproximadamente. La lechada fluye entonces a través de
una serie de tanques de enfriamiento 24, 26 y 28 para reducir la
temperatura a 40°C al mismo tiempo que tiene lugar una lixiviación
adicional. El enfriamiento se consigue mediante agua que se hace
circular a través de un sistema de torre de refrigeración (no
ilustrado).
El tiempo de residencia durante la lixiviación en
el autoclave para lograr una disolución de cobre de alrededor de
85-90% es de una hora aproximadamente y el tiempo
total para la lixiviación y el enfriamiento es de 2 a 5 horas
aproximadamente.
La lechada lixiviada fría que contiene de 10 a
40% en peso de sólidos es espesada entonces en el hidroclasificador
30 para separar los sólidos como residuo. El residuo es sangrado
por el fondo de hidroclasificador y floculado en el mezclador 34
antes de ser deshidratado por el filtro 40. Los líquidos de la
deshidratación pueden ser retornados para reunirse con la solución
de lixiviación madre que emana del hidroclasificador 30.
El residuo deshidratado se mezcla entonces en el
mezclador 42 con agua y con el residuo fino procedente del
clarificador 32 después de haber sido lavado en un circuito de
decantación en contra-corriente (CCD) 36 y se
neutraliza con piedra caliza y cal hidratada antes de ser vertido
en un dique de residuos para su almacenamiento.
La solución de lixiviación madre (PLS) procedente
del hidroclasificador 30 que contiene todavía algunos sólidos
(habitualmente 20.000-30.000 partes por millón
(ppm)), se flocula en un tanque agitado (no mostrado) y se somete
a una etapa adicional de separación de sólidos en el clarificador
32, el cual puede ser un clarificador de lecho clavado.
Este proceso hace que la PLS quede con un
contenido el sólidos que habitualmente oscila entre 20 y 30 ppm
aproximadamente.
Los filtros clarificadores 38 reducen entonces el
contenido en sólidos a 10-15 ppm
aproximadamente.
La separación del cobre de la PLS filtrada que
normalmente contiene alrededor de 25 g/l de cobre, se efectúa en la
planta de extracción con disolvente 44.
La extracción tiene lugar en tanques
mezcladores/sedimentadores en donde la PLS llega a entrar en
contacto con una fase orgánica pobre que contiene 30% de
extractante (Acorga M5640) y 70% de diluyente (Shellsol 2046, un
queroseno) para permitir que el cobre de la PLS se cargue en la fase
orgánica. Se requieren dos etapas de extracción para obtener una
eficiencia de extracción suficiente. El refinado 45 procedente de
la etapa de extracción fluye hacia un tanque de transferencia (no
mostrado) desde donde es reciclado de nuevo al circuito de
lixiviación y calentado para su reutilización. Es necesario mantener
los circuitos de lixiviación y de extracción con disolvente en
equilibrio con respecto a agua, Fe total, elementos de impurezas y
concentración de ácido. Esto se consigue mediante la sangría de un
volumen controlado (aproximadamente 5% del volumen total del
circuito/día) de la PLS como parte de la corriente que sale por el
fondo del clarificador. La corriente de fondo se trata en un
circuito de decantación en contra-corriente (CCD)
en tres etapas 36 utilizando agua nueva o agua residual para el
lavado. La solución producida en el circuito CCD es filtrada y el
cobre es extraído en un circuito de extracción con disolvente en
dos etapas empleando fase orgánica desviada de la planta SX
principal. Al circuito CCD se puede añadir piedra caliza para
reducir la acidez libre y para mejorar la eficacia de la posterior
extracción con disolvente.
El refinado procedente de la sangría de la planta
SX y los sólidos lavados procedentes del circuito CCD se
neutralizan con piedra caliza y cal hidratada antes de ser enviados
a dique de residuos.
Alternativamente, el refinado procedente de la
sangría de la planta SX se puede tratar para recuperar cobalto.
En otra disposición alternativa, los sólidos
finos de la corriente de fondo, mostrada por líneas discontinúas en
el dibujo, se pueden combinar, en el mezclador 34, con el residuo
que sale por la parte inferior del hidroclasificador.
La fase orgánica cargada es sometida a una
operación de separación de cobre en el tanque 46 poniéndola en
contacto con ácido de alta concentración para producir una solución
de electrolito rica (RES). El ácido se obtiene reciclando
electrolito ácido y se produce durante la
electro-recuperación, tal como se muestra por la
siguiente ecuación:
2Cu^{2+} + 2H_2O \rightarrow 2Cu + 4H^+ +
O_2
después del tratamiento por filtración en el
filtro de doble medio de filtración 50, la RES es enviada a las
cubas de electro-recuperación 52 en donde se
recupera el cobre 54 y en donde se recicla el electrolito ácido
agotado.
El proceso de lixiviación ha sido evaluado
llevando a cabo un número grande de ensayos de lixiviación a escala
de laboratorio, ensayos de lixiviación a presión discontinua,
ensayos de lixiviación a presión continua y una lixiviación
continua a presión en una planta piloto. Las muestras del mineral de
ensayo procedían de una serie de barrenos escarpados realizados a
través de la parte central y más gruesa del macizo del mineral
Esperanza, de un barreno horizontal efectuado de un lado a otro del
macizo y la muestra del mineral en bruto procedente del yacimiento
en declinación. Igualmente como se han ensayado diversas muestras
de otros barrenos que representan los extremos del macizo del
mineral.
En la siguiente Tabla A se ofrece la composición
típica del macizo de mineral.
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|l|l|}\hline
Componente mineral \+ Porcentaje en peso \\\hline Calcocita \+
10% \\\hline Pirita \+ 70% \\\hline Enargita \+ < 1%
\\\hline Bornita \+ < 1% \\\hline Covelita \+ < 1%
\\\hline Cuarzo \+ 5% \\\hline Silicatos \+ 10%
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Se hizo trabajar una planta piloto de lixiviación
a una tasa de producción de 100-200 kg/hr
(10-20 kg Cu/hr). El circuito incluía la repulpación
del mineral en refinado caliente, lixiviación en un recipiente a
presión a 90°C durante 1 hora, lixiviación adicional en dos tanque
de lixiviación agitados a presión atmosférica, espesamiento,
filtración del residuo de lixiviación espesado, clarificación de
la corriente de rebose del espesador en un clarificador y filtro de
arena, y extracción con disolvente del cobre del licor de
lixiviación clarificado. Esta planta piloto permitió controlar los
efectos de un circuito cerrado de lixiviación y el impacto de las
perturbaciones del proceso y de los cambios en la calidad del
mineral sobre los circuitos de separación líquido/sólido y de
extracción con disolvente. Las recuperaciones en la lixiviación en
la planta piloto fueron en general de 88 a 90% y resultaron
limitadas por la presión nominal de 2,5 bares del autoclave.
Las principales conclusiones derivadas de estos
ensayos fueron:
- en general se lograron recuperaciones totales
por encima del 90%, aunque los minerales más profundos requieren
mayores tiempos y concentraciones más elevadas de ión férrico para
conseguir estas recuperaciones;
- el cobre se lixivia en dos etapas procediendo
rápidamente la primera etapa (conversión de Cu_2S, calcocita, a
CuS+Cu^{2+}) y procediendo la segunda etapa de forma más lenta
(CuS a Cu^{2+}+Azufre);
- el ácido en un exceso de 5 g/l en la PLS
asegura que los productos de lixiviación (CuSO_4, Fe^{2+},
Fe^{3+}) permanezcan en solución;
- para completar la reacción se necesitó una
cantidad casi estequiométrica de Fe^{3+} (es decir, la cantidad
pronosticada a partir de la química de la reacción);
- las temperaturas de 80 a 95°C proporcionan
buenas recuperaciones, mientras que las temperaturas por debajo de
60°C dan lugar a recuperaciones pobres;
- el tamaño de la molienda de la alimentación no
afectó a la recuperación por lixiviación con menos del 80% de las
partículas con un calibre de 150 micrómetros;
- los altos niveles de pirita en el yacimiento
Esperanza mejoró la lixiviación del cobre; y
- se requiere una solución limpia aceptable
procedente del clarificador y del filtro de clarificación para
evitar perturbaciones en la planta SX derivadas de la formación de
impurezas o materias extrañas.
Un elemento clave en la lixiviación es la
regeneración de ión férrico a partir de ión ferroso usando oxígeno,
para permitir con ello una lixiviación continua. La evaluación de
la conversión de Fe^{2+} a Fe^{3+} usando oxígeno inyectado y
un autoclave, reveló que el tratamiento en autoclave proporcionó
una buena conversión a una presión de oxígeno de 2-5
Bar (30-70 psi).
Se llevó a cabo también un trabajo de ensayo
discontinuo en autoclave para determinar la recuperación de cobre
por lixiviación a varias temperaturas y presiones de oxígeno. Los
resultados indicaron recuperaciones por lixiviación de 92 a 94% a
90°C y una presión de oxígeno de 2 Bar.
Las extracciones estimadas de cobre de las
diversas etapas son:
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|l|c|c|c|}\hline
Etapa \+ Valor medio \+ Porcentaje alto \+ Porcentaje bajo
\\\hline Lixiviación \+ 92 \+ 96 \+ 88 \\\hline Lavado de
residuos \+ 99 \+ 99,5 \+ 98 \\\hline Recuperación total \+ 91
\+ 95 \+ 87
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
* La recuperación total es la recuperación por lixiviación x
recuperación por lavado de los
residuos.
Si bien se ha considerado conveniente aquí
describir la invención respecto a modalidades particularmente
preferidas, podrá apreciarse que también se consideran otras
construcciones y disposiciones dentro del alcance de la invención.
Por tanto, se contemplan aquí también diversas modificaciones,
alteraciones, variaciones y/o adiciones a las construcciones y
disposiciones aquí expuestas, todas ellas dentro del alcance y
ámbito de la presente invención.
Claims (28)
1. Procedimiento para la extracción de cobre a
partir de un material de alimentación mineral que contiene mineral
de sulfuro de cobre, caracterizado porque comprende las
etapas de:
- (a)
- lixiviar la alimentación con una solución ácida que contiene iones ferrosos y férricos a una temperatura por encima de la temperatura ambiente, en presencia de oxígeno a una presión de oxígeno superatmosférica, para producir una solución de lixiviación que contiene iones cobre;
- (b)
- mantener un nivel de hierro en solución del orden de 10 a 40 g/l durante la lixiviación a presión de oxígeno superatmosférica;
- (c)
- extraer selectivamente los iones cobre de la solución de lixiviación mediante extracción con disolvente, para formar una solución de extracción que contiene iones cobre y un refinado ácido que contiene iones ferrosos, iones férricos y bajos niveles de iones cobre;
- (d)
- reciclar parte del refinado para su inclusión en la solución ácida de la etapa (a); y
- (e)
- recuperar cobre de la solución de extracción.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la alimentación contiene menos de 5% en
peso de cloruro soluble o lixiviable.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la alimentación contiene menos de 1% en
peso de cloruro soluble o lixiviable.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el mineral de sulfuro de cobre incluye
calcocita Cu_2S, covelita CuS, bornita Cu_5FeS_4 o enargita
Cu_3AsS_4, mineralización de hierro y/o mezclas de dos o más
de los anteriores.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la mineralización de hierro se
encuentra en forma de pirita.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque la alimentación incluye de 30 a 70% de
pirita.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la alimentación se muele antes de la
lixiviación de manera que la mayoría de las partículas de la
alimentación tengan un tamaño en general menor de 150
micrómetros.
8. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el 80% en peso de la alimentación puede
pasar por un tamiz de 150 micrómetros.
9. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la solución ácida contiene de 10 a 60
g/l de ácido sulfúrico.
10. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque incluye una etapa en donde se efectúa
la lixiviación de la alimentación en un autoclave mantenido a una
presión parcial de oxígeno del orden de 1 a 10 Bar y en donde la
relación de ión férrico a ión ferroso es de al menos 1,0 cuando se
ha completado la etapa de lixiviación en el autoclave.
11. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque la lixiviación de la alimentación se
efectúa en un autoclave mantenido a una presión parcial de oxígeno
del orden de 2 a 7 Bar y en donde la relación de ión férrico a ión
ferroso se encuentra por encima de 2,0 cuando se ha completado la
etapa de lixiviación en el autoclave.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque la etapa de lixiviación (a) se efectúa
a una temperatura de 50 a 105°C.
13. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de lixiviación (a) se efectúa
durante un tiempo lo suficientemente largo para asegurar que al
menos el 80% de la totalidad del cobre de la alimentación sea
extraído y puesto en solución.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la etapa de lixiviación comprende una
lixiviación en autoclave seguido por una lixiviación en uno más
tanques de lixiviación a presión atmosférica.
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
caracterizado porque en al menos uno de dichos tanques de
lixiviación se rocía gas de oxígeno residual procedente del
autoclave.
16. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la etapa de extracción con disolvente
(b) se efectúa usando una fase orgánica que contiene un
extractante específico de iones cobre.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque la fase orgánica incluye un diluyente
de queroseno con un contenido aromático de 10 a 30%.
18. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque el extractante específico para iones
cobre incluye una aldoxima modificada o una mezcla de
aldoximas/cetoximas modificadas o sin modificar.
19. Procedimiento según la reivindicación 18,
caracterizado porque la aldoxima es
5-nonilsalicilaldoxima.
20. Procedimiento según la reivindicación 18,
caracterizado porque la cetoxima es
2-hidroxi-5-nonilacetofenonoxima.
21. Procedimiento según la reivindicación 18,
caracterizado porque el extractante incluye un modificador
de tridecanol.
22. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque la solución del licor madre obtenida
llevando a cabo la etapa de extracción (c) contiene más de 15 g/l
de cobre.
23. Procedimiento según la reivindicación 22,
caracterizado porque el cobre se extrae de la solución de
licor madre usando ácido del alta concentración y porque el
refinado resultante se recicla para su uso en la etapa (b).
24. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la solución de lixiviación se somete a
una etapa de separación de sólidos antes de la etapa (b).
25. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el cobre se recupera en la etapa (d)
por electro-recuperación.
26. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende una etapa en donde la
lixiviación de la alimentación se efectúa en un autoclave mantenido
a una presión parcial de oxígeno del orden de 1 a 10 Bar y en donde
la relación de ión férrico a ión ferroso es de al menos 0,1 cuando
se ha completado la etapa de lixiviación en el autoclave.
27. Cobre producido de acuerdo con el
procedimiento de la reivindicación 19.
28. Aparato para llevar a cabo el procedimiento
de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:
- (a)
- medios de trituración para triturar una alimentación de mineral que contiene mineral de sulfuro de cobre de manera que el 80% en peso de alimentación puede pasar a través de un tamiz de 150 micrómetros;
- (b)
- medios de autoclave para lixiviar la alimentación triturada en solución ácida bajo una presión de oxígeno superatmosférica al mismo tiempo que se mantiene un nivel de hierro en solución del orden de 10 a 40 g/l,
- (c)
- medios de lixiviación, además de los medios de autoclave, para promover una lixiviación adicional de la alimentación triturada y para producir una solución de lixiviación que contiene sólidos;
- (d)
- medios de separación para separar la solución de lixiviación de los sólidos;
- (e)
- medios de extracción con disolvente para extraer el cobre en un disolvente a partir de la solución de lixiviación; y
- (f)
- medios de recuperación que incluyen una estación de electro-recuperación para recuperar cobre sólido a partir del disolvente.
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