ES2240825T3 - Procedimiento para obtener cobalto y niquel a partir de minerales y concentrados de minerales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para obtener metales a partir de un mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado y/o sulfurado, en el cual: u se hace reaccionar el mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado y/o sulfurado, con azufre o compuestos de arsénico que contienen azufre, para dar un producto de reacción que contiene CoS y/o NiS, y u se disuelven del producto de reacción metales y tierras raras solubles.

Description

Procedimiento para obtener cobalto y níquel a partir de minerales y concentrados de minerales.

La invención se refiere a un procedimiento para obtener cobalto y níquel a partir de minerales o concentrados de minerales arsenosulfurados o sulfurados.

La mayor parte, con mucho, de la producción mundial de níquel y de cobalto se obtiene de minerales arsenosulfurados o sulfurados. En éstos el cobalto y el níquel aparecen con frecuencia juntos, y acompañados de otros minerales metálicos.

Entre los arsenosulfuros que contienen cobalto se mencionarán, sobre todo, la safflorita (CoAs2), la skutterudita (CoAs3), la arsenopirita ((Fe, Co, Ni)AsS), y la cobaltina (CoAsS). Entre los sulfuros se mencionará, sobre todo, la linneíta (Co3S4).

Entre los arsenosulfuros se mencionarán, sobre todo, la rammelsbergita (NiAs2), la arsenopirita (FeAsS), la gersdorffita (NiAsS), y la niquelina (NiAs). Entre los sulfuros se mencionarán, sobre todo, la pentlandita ((Fe, Ni)9S8), la millerita (NiS), y la bravoíta (Ni, Fe)S2).

La cobaltina es el más ampliamente distribuido entre los minerales de cobalto, y la pentlandita lo es entre los minerales de níquel. En el desarrollo de nuevos procedimientos de obtención estos minerales poseen, por tanto, la mayor importancia científica y económica.

Los dos minerales se caracterizan, además, porque generalmente en ellos se encuentran incluidas o disueltas cantidades de oro, metales del platino y otros metales raros, así como tierras raras.

Los minerales de cobalto arsenosulfurados y/o sulfurados se obtienen a partir de menas que por regla general son molidas y concentradas, en un procedimiento de flotación, para obtener un concentrado de mineral, con lo cual se separa en particular una parte sustancial de los silicatos contenidos en el material molido.

La elaboración de los minerales o concentrados de mineral se lleva a cabo clásicamente mediante tostación del mineral, con lo cual el sulfuro se oxida a elevadas temperaturas para dar SO2, quedando los óxidos metálicos. Los minerales así obtenidos pueden ser reducidos después mediante la adición de carbono, y eventualmente se pueden purificar ulteriormente los metales individuales mediante procedimientos especiales.

Existen, por otra parte, además de los procedimientos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos conocidos, diversas aproximaciones basadas en la disolución del cobalto y del níquel contenidos en los minerales de cobalto arsenosulfurados y/o sulfurados.

El término "lixiviación" comprende tanto la lixiviación química por medio de FeIII, como la lixiviación biológica (biolixiviación) por microorganismos que son capaces de aprovechar el azufre como fuente de energía. Sin embargo, en el caso particular del empleo de minerales de cobre y níquel que contienen hierro, sólo ha sido posible hasta la fecha una lixiviación incompleta.

La invención se basa en la misión de poner a disposición un procedimiento mejorado para obtener cobalto y níquel, y otros metales, a partir de minerales o concentrados de minerales arsenosulfurados y/o sulfurados.

Esta misión se resuelve con un procedimiento, en el cual

\bullet

se hace reaccionar el mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado o sulfurado, con azufre o compuestos de arsénico que contienen azufre, para dar un producto de reacción, y

\bullet

se disuelven del producto de reacción metales y tierras raras solubles.

Esta reacción se representa por medio de las fórmulas

(1)4 \ CoAsS + 4 \ S \rightarrow 4 \ CoS + As4S4

(2)(Fe, Ni)9S8 + 5 \ S \rightarrow 4 \ NiS + 5 \ FeS2

(3)4 \ CoAs + 4 \ As2S3 \rightarrow 4 \ CoS + 3 \ As4S4

Se ha demostrado que, si se conduce adecuadamente el proceso, se puede transformar la cobaltina casi por completo en CoS y rejalgar. A su vez, la pentlandita se puede transformar casi por completo, al realizar el proceso, en NiS y pirita.

En esta reacción se origina, a partir de un grano de cobaltina del material molido, un grano que predominantemente posee un núcleo de rejalgar y una envoltura de CoS. Contrariamente a lo que ocurre con la cobaltina, del sulfuro de cobalto se puede extraer sin problemas cobalto y los restantes metales enriquecidos en el mismo, mediante procedimientos de oxidación habituales. En el caso del níquel se origina igualmente, a partir de un grano de pentlandita del material molido, un grano con un núcleo de pirita y una envoltura de NiS. Esta envoltura se puede disolver sin problemas mediante procedimientos de lixiviación habituales. Resulta especialmente adecuado el azufre en un estado de agregación líquido. Según la temperatura, existen desde el azufre muy líquido de color amarillo, hasta el líquido viscoso de color rojo oscuro o pardo. En la fase líquida se producen transformaciones entre el azufre \lambda, \pi y \mu. Las distintas formas conducen a una disminución del punto de solidificación. Así, el azufre es líquido por regla general en el intervalo de 111-444ºC, dependiendo de la presión el punto de ebullición. Por tanto, se emplea preferentemente este intervalo de temperaturas, siendo menos ventajoso el entorno de 187ºC, ya que allí el azufre tiene una viscosidad especialmente alta, que disminuye de nuevo a temperaturas más elevadas. Se prefiere un intervalo de temperatura de 111-159ºC, o bien, de manera alternativa, de 350-444ºC. Evidentemente, las temperaturas más bajas son más favorables desde el punto de vista del aporte de energía necesario, y las temperaturas más altas aceleran la reacción.

Estas reacciones son exotérmicas, de modo que se precisa para la reacción un consumo de energía comparativamente menor.

Un posible procedimiento para la obtención de cobalto o níquel a partir de CoS o, respectivamente, NiS, puede describirse mediante las fórmulas:

(4)CoS + Fe2(SO4)3 \rightarrow CoSO4 + 2 FeSO4 + S

(5)NiS + Fe2(SO4)3 \rightarrow NiSO4 + 2 FeSO4 + S

El sulfato de cobalto o de níquel producido es también soluble en ácido, al igual que el sulfato de hierro. Así, el cobalto, el níquel y el hierro pasan sucesivamente a la solución y pueden ser separados mediante una ejecución adecuada del procedimiento.

Queda además una mezcla, contenida en el material molido, de metales preciosos y otros, y tierras raras, compuesta especialmente de oro, plata, platino, enriquecidos de metales preciosos (siglas inglesas PME), y zinc, que se deposita como residuo en el fondo del tanque en donde discurre el proceso de disolución.

Con los procedimientos de biolixiviación de nuevo tipo, se puede disolver el cobalto o el níquel, de manera especialmente no contaminante, y con una producción comparativamente menor de ácido sulfúrico. Así, se oxida el sulfuro de cobalto de acuerdo con la ecuación

(6)CoS + O2 \rightarrow CoSO4

o bien, respectivamente

(7)NiS + O2 \rightarrow NiSO4

en presencia de bacterias especiales, se separa en solución acuosa, y se electroliza.

La reacción de los minerales o concentrados de mineral debe discurrir preferentemente en una atmósfera inerte, por ejemplo bajo nitrógeno o argón.

Ha resultado ser un intervalo preferido de temperatura para la reacción el intervalo entre 50ºC y 550ºC, y en especial entre 350ºC y 450ºC se puede llevar a cabo la reacción de una manera comparativamente rápida. La duración de la reacción depende del tamaño del grano del material molido, y de la temperatura, y puede ser optimizada por un técnico mediante ensayos sencillos.

El procedimiento de reacción de los minerales o concentrados de mineral puede ser auxiliado mediante irradiación con microondas. Puesto que las microondas calientan el grano individual del material molido uniformemente en su interior y desde el exterior, mediante las mismas se pueden acelerar los procesos de difusión que tienen lugar durante la reacción. Gracias a esta mejora de la cinética de reacción se puede acelerar el proceso.

Según la temperatura de reacción y, en su caso, la intensidad de la irradiación con microondas, se puede llevar a cabo la reacción durante un período de 0,5 horas a 10 horas, en particular de 2 horas a 5 horas.

Se debe añadir el azufre en cantidad estequiométrica con respecto a la cobaltina. Esto significa que por regla general se debe efectuar antes de la reacción un análisis para comprobar la cantidad de azufre que es necesaria para, dependiendo del mineral empleado, conseguir la reacción de las fórmulas (1), (2), (3), o fórmulas similares. Se debe evitar un exceso de azufre, ya que éste, al enfriarse, produce en la mayoría de los casos una masa pegajosa. Por tanto, estequiométrico significa en este caso que, una vez concluida la reacción, no debe quedar prácticamente nada de azufre libre, respecto al contenido de metal en el mineral o concentrado de mineral.

Se puede añadir el azufre en estado sólido al material molido, debiéndose llevar a cabo la reacción del mineral o concentrado de mineral a la presión ambiente, pero también se puede realizar con una sobrepresión de hasta 10 bares. Para evitar que a las temperaturas de la reacción se evapore demasiado azufre, puede ser ventajoso hacer discurrir la reacción en una atmósfera saturada de vapor de azufre.

Por otra parte, también se puede llevar a cabo la reacción sin añadir azufre sólido, en una atmósfera que contenga azufre gaseoso, a presión reducida.

También es posible la reacción añadiendo un plasma de azufre.

También es posible la reacción de azufre líquido con mineral o concentrado de mineral correspondientemente precalentado, ya que esto acelera en gran medida la reacción, y reduce la formación de subproductos.

El procedimiento puede ser llevado a cabo, por ejemplo, en un horno de túnel de tres cámaras. Un horno de túnel de tres cámaras tiene una primera cámara y una tercera cámara que sirven como esclusas para la segunda cámara. La segunda cámara del horno está dotada de espiras calefactoras eléctricas, y tiene una entrada para nitrógeno o argón, que se utilizan como gas de barrido. Esta segunda cámara puede estar provista de ventanas de vidrio de cuarzo, para introducir microondas.

Los experimentos han demostrado que la reacción está especialmente optimizada si se irradia la mezcla de material molido y azufre, con microondas de una densidad de energía específica, referida a la cantidad de material molido, de 8-35 kWh/tonelada. Se pueden utilizar tanto microondas de 815 MHz como de 2,45 GHz.

También se puede llevar a cabo la reacción en un reactor de lecho fluidizado.

Sorprendentemente, mediante el procedimiento de acuerdo con la invención se obtienen productos que fluyen con facilidad, es decir, el azufre añadido no conduce a una aglomeración pegajosa de los productos de reacción, sino que se aprovecha para la reacción. Las adherencias eventualmente presentes se pueden romper fácilmente. El producto presenta, gracias a la porosidad que se origina, y también a causa de la reacción exotérmica, un incremento de la superficie de al menos 50 veces, respecto al material de partida. Esto permite un ataque considerablemente mejor de agentes de lixiviación biológicos y/o químicos.

Claims (12)

1. Procedimiento para obtener metales a partir de un mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado y/o sulfurado, en el cual:

\bullet

se hace reaccionar el mineral o concentrado de mineral de cobalto y/o níquel arsenosulfurado y/o sulfurado, con azufre o compuestos de arsénico que contienen azufre, para dar un producto de reacción que contiene CoS y/o NiS, y

\bullet

se disuelven del producto de reacción metales y tierras raras solubles.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se disuelve arsénico del producto de reacción, y se separan los metales y tierras raras incluidos en el producto de reacción, en especial oro, plata, platino, enriquecidos de metales preciosos (siglas inglesas PME), níquel, cobalto y zinc.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se extraen los metales del producto de reacción mediante un procedimiento de biolixiviación.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se lleva a cabo la reacción en atmósfera inerte.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se lleva a cabo la reacción a una temperatura entre 50 y 550ºC, especialmente entre 350ºC y 450ºC.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se auxilia la reacción mediante irradiación con microondas.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se lleva a cabo la reacción durante un período de 0,5 a 10 horas, en especial 2 horas a 5 horas.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se añade azufre.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se aporta el azufre en estado sólido, y se lleva a cabo la reacción bajo una presión de 1 a 10 bares.

10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la reacción discurre en una atmósfera saturada con vapor de azufre.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se aporta el azufre en estado gaseoso, y se lleva a cabo la reacción bajo presión reducida.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se lleva a cabo la reacción con un plasma de azufre.