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