ES2275762T3 - Procedeimiento y dispositivo para la lixiviacion de concentrados de zinc. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de lixiviación de zinc a partir de un concentrado de zinc mediante la molturación de un concentrado de zinc en una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico libre e iones férricos.

Description

Procedimiento y dispositivo para la lixiviación de concentrados de zinc.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere generalmente a un procedimiento de producción hidrometalúrgica de zinc por el que el zinc y otros elementos metálicos valiosos como plomo, oro y plata, así como el subproducto azufre elemental (al que se hace referencia a continuación simplemente como "azufre") se recuperan a partir de concentrados de zinc que son sulfuros que contienen no solo zinc sino también otros elementos metálicos valiosos como plomo, oro y plata. En particular, la invención se refiere a la etapa de lixiviación de los concentrados de zinc en el procedimiento.
Las técnicas anteriores conocidas para la lixiviación de concentrados de zinc y otras etapas en procedimientos de producción hidrometalúrgica de zinc se dan a conocer en los documentos JP nº 2.856.933 y JP 6-43619B. En el procedimiento de tratamiento de concentrados de zinc según el documento JP nº 2.856.933 la etapa de lixiviación se lleva a cabo en dos fases. Antes de la lixiviación, los concentrados de zinc se tuestan para formar zinc calcinado (calcinas) que se someten a continuación a una lixiviación neutral. En la siguiente fase, utilizando el electrólito gastado (ácido retornado) de la etapa de ganancia electrolítica, se efectúa una lixiviación fuerte con ácido para disolver el concentrado de zinc no lixiviado y el zinc ferroso ligeramente soluble que resulta de la fase de tostadura. El ión del hierro trivalente (a veces denominado "hierro férrico") que es necesario para lixiviar el zinc no se suministra completamente mediante el hierro que se produce a partir de la descomposición del zinc ferroso, así que después de la fase de lixiviación, el ión del hierro divalente (a veces denominado "hierro ferroso") se recicla después de la oxidación. Como resultado de la realización de este proceso de lixiviación durante 6-10 horas a una temperatura de 90-95ºC, se puede conseguir una recuperación de zinc de aproximadamente 99%. Los residuos de la fase de lixiviación se someten a un tratamiento pirometalúrgico en un alto horno para recuperar cualquier metal valioso presente o bien a flotación para concentrar los metales valiosos para su recuperación posterior.
En el procedimiento descrito en el documento JP 6-43619B, la etapa de lixiviación de los concentrados de zinc consta de por lo menos dos fases. Después de que se haya pulverizado el concentrado de zinc en partículas finas, la primera fase de lixiviación se realiza bajo una condición superatmosférica mediante la aplicación de una presión de oxígeno a una temperatura de 125-160ºC para proporcionar una concentración final de ácido sulfúrico libre de 20-60 g/L y una concentración de ión férrico de 1-5 g/L. Esto da como resultado una lixiviación incompleta de zinc. La segunda fase de lixiviación se realiza bajo presión atmosférica utilizando una cantidad excesiva del electrolito gastado (ácido retornado) generado en la etapa de ganancia electrolítica, suministrando oxígeno para proporcionar una concentración de ácido sulfúrico libre de 60-160 g/L y una concentración de ión férrico de 2-3 g/L. Esto proporciona una solución de sulfato de zinc y un residuo lixiviado. Ya que el residuo contiene la parte restante de zinc, cobre y hierro, así como la mayor parte de plomo y metales nobles, se aplica la flotación para recuperar estos valores de metales como entidades separadas.
Los procedimientos de las técnicas anteriores descritos anteriormente presentan la ventaja de que se pueden incorporar en el circuito existente de etapas de tostado, lixiviación y ganancia electrolítica en el procedimiento de producción hidrometalúrgica de zinc y que la necesidad de reforzar el equipo existente es bastante pequeña. Además, el porcentaje de zinc recuperado a partir del concentrado de zinc es bastante alto y también es posible recuperar elementos metales valiosos como plomo y metales preciosos. Sin embargo, los procedimientos de la técnica anterior presentan sus propios inconvenientes. Para realizar el procedimiento que se da a conocer en el documento JP nº 2.856.933, se debe añadir un equipo para el tostado, un equipo para la recuperación de ácido sulfúrico e incluso el equipo para la oxidación del ión de hierro divalente, ocasionando un coste de construcción más elevado; además, se tarda un tiempo demasiado largo en completar la lixiviación del zinc en solución. El procedimiento que se da a conocer en el documento JP nº 6-43619B presenta las siguientes desventajas: la etapa de pulverización es necesaria; la etapa de lixiviación implica múltiples fases; la temperatura de lixiviación es tan elevada que el coste de la operación se incrementa; el porcentaje de zinc lixiviado no es lo suficientemente alto y, más importante, el azufre que es un subproducto que se forma cuando el concentrado de zinc se lixivia se derrite en el licor caliente de lixiviación y se inhibe la reacción de lixiviación de zinc a partir del concentrado de zinc, prolongando de este modo el tiempo de lixiviación lo que contribuye a una disminución posterior en el porcentaje de zinc lixiviado.
Sumario de la invención
Con el propósito de resolver estos problemas de la técnica anterior, los inventores de la presente invención realizaron estudios intensivos y encontraron que mediante la molturación y lixiviación del concentrado de zinc, tanto simultáneamente como por separado, los ingredientes que permanecían en la superficie del concentrado y que interferían con la reacción de lixiviación se pueden extraer o separar eficazmente para conseguir una marcada mejora en la velocidad a la que el zinc se lixivia.
Cuando se introdujo oxígeno en el conducto para presurizar su interior mientras el licor de lixiviación se encontraba circulando con la ayuda de una bomba, el ión de hierro que se había consumido a su forma divalente durante la reacción se regeneró en la forma trivalente la cual se podía volver a poner en el ciclo de lixiviación, oxidando de este modo con éxito el ión de hierro sin utilizar ningún recipiente de presión de gran magnitud.
Cuando se utilizó un recipiente de presión como una autoclave que presenta unos puertos de entrada de gas oxígeno, un puerto de drenaje a través del cual se elimina la solución ácida que contiene el hierro o la pasta lixiviada, y se colocó cualquier otro puerto necesario en unos sitios específicos del recipiente para poner en práctica el procedimiento de lixiviación descrito anteriormente bajo presión superatmosférica con suministro de gas oxígeno a través de los puertos de entrada de gas oxígeno, la velocidad de la reacción para la oxidación del ión ferroso se incrementó suficientemente para que no sólo la velocidad de la reacción para la lixiviación del concentrado de zinc sino que también el porcentaje de lixiviado se pudiera mejorar para realizar una reducción sustancial en la escala y el coste del equipo de lixiviación.
Breve descripción de la figura
La Fig. 1 es un esquema de una sección en corte transversal de un aparato de lixiviación utilizado para oxidar la solución que contiene el ácido sulfúrico libre y los iones ferrosos y lixivia el concentrado de zinc, en el que el numero de referencia 1 designa un recipiente de presión, 2 un conducto de bombeo de oxígeno, 3 un revestimiento de titanio, 4 un conducto de carga, 5 un conducto de eliminación, 6 un agitador y 7 una partición.
Descripción detallada de la invención
La presente invención proporciona los procedimientos siguientes:
1. Un procedimiento de lixiviación de zinc a partir de un concentrado de zinc mediante la molturación del concentrado del zinc en una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico libre e iones férricos.
2. El procedimiento según el punto 1, en el que dicha molturación se realiza a presión atmosférica.
3. El procedimiento según el punto 1 ó 2, en el que un subproducto que se forma en las superficies de las partículas de dicho concentrado de zinc como resultado de dicha lixiviación es destruido por dicha molturación con el fin de acortar el tiempo de dicha lixiviación.
4. El procedimiento según uno de los puntos 1-3, en el que se administra el oxígeno en la solución posterior a la lixiviavión que contiene los iones ferrosos que resultan de la reducción de estos iones férricos durante dicha lixiviación, mediante el que los iones ferrosos se oxidan a iones férricos y la solución que contiene dichos iones férricos se devuelve a dicha etapa de molturación.
5. El procedimiento según uno de los puntos 1-3, en el que se suministra oxígeno en un conducto a través del que dicha solución acuosa se transfiere a la etapa de molturación, a través del cual se presuriza el interior de dicho conducto.
6. El procedimiento según el punto 4, en el que se suministra oxígeno en un conducto a través del que dicha solución postlixiviación se devuelve a la etapa de molturación, a través del cual se presuriza el interior de dicho conducto.
7. El procedimiento según uno de los puntos 1-6, en el que la concentración de ácido sulfúrico libre está presente en dicha solución acuosa al final de la lixiviación está controlada con el fin de que no sea inferior a 40 g/l, evitando de este modo la formación de jarosita.
8. El procedimiento según uno de los puntos 1-7, en el que la concentración de iones férricos en dicha solución acuosa se controla con el fin de que se mantenga dentro del intervalo de 5-60 g/L.
9. El procedimiento según uno de los puntos 1-8, en el que el residuo que permanece después de dicha lixiviación en el que por lo menos un elemento metal en dicho concentrado de zinc que se selecciona de entre plomo, oro y plata se concentra y se somete a flotación para recuperar por lo menos un elemento metal.
10. El procedimiento según el punto 9, en el que el residuo flotante que se ha obtenido mediante dicha flotación se calienta hasta una temperatura no inferior al punto de fusión del azufre, mediante la cual el azufre elemental presente en dicho residuo flotante se evapora y se recupera.
Dichos procedimientos según la invención se llevan a cabo específicamente como se describe a continuación.
Utilizando tanto el electrolito gastado (ácido retornado) con una concentración en ácido sulfúrico libre de aproximadamente 150-200 g/L que resulta de la etapa de ganancia electrolítica y de la solución de postratamiento que ya no contiene hierro, se eleva la temperatura a 80-95ºC para iniciar la reacción de lixiviación. La reacción implicada se expresa mediante la siguiente ecuación:
...(A)ZnS + Fe(SO_{4})_{3} \rightarrow ZnSO_{4} + 2FeSO_{4} + S
El hierro trivalente necesario para la activación de la reacción (A) se suminitra del hierro en el concentrado de zinc que se va a tratar. Durante la lixiviación, la concentración de ión férrico se ajusta preferentemente dentro del intervalo de 5-60 g/l, más preferentemente dentro del intervalo 5-15 g/L. Si la concentración de ión férrico es inferior a 5 g/L, la reacción (A) no evoluciona a una velocidad satisfactoriamente elevada; por otra parte, el efecto del ión férrico se satura si su concentración supera los 60 g/L.
La reacción (A) progresa con el paso del tiempo; por otra parte, el azufre elemental y otros subproductos de la reacción se depositan en las superficies de las partículas del concentrado de zinc con el fin de reducir las áreas de superficie disponibles para la reacción requerida y, en consecuencia, la velocidad de la reacción disminuye en periodo subsiguiente y se necesita un tiempo considerable para lixiviar todo el zinc que contiene.
En los procedimientos 1-10 de la invención, el concentrado de zinc se lixivia como se muele mediante una máquina de molturación como un molino de bolas con el fin de deshacer o separar el azufre elemental y otros subproductos de la reacción (A) de las superficies de las partículas en el concentrado. Si se desea, la etapa de molturación se puede llevar a cabo por separado de la fase de lixiviación. Después de que se haya lixiviado una vez, el concentrado de zinc se muele para deshacer o separar los subproductos de las superficies de las partículas y después se lleva a cabo una segunda lixiviación, seguida de otra operación de molturación; de este modo, se pueden alternar las etapas de molturación y de lixiviación de un modo repetido para alcanzar el objetivo deseado de la invención. La máquina de molturación que se utiliza en la operación de molturación no se limita al molino de bolas y se puede utilizar cualquier máquina en tanto que se cumpla con el propósito de destrucción o separación del azufre elemental y otros subproductos de las superficies de las partículas en el concentrado de zinc. Otras máquinas de molturación que se pueden utilizar incluyen molino a barras, molino de torre, molino de vibración y un molino de desgaste. La molturación también contribuye a un refinado superior del concentrado de zinc y su área de superficie específica se incrementa suficientemente para potenciar el proceso de lixiviación. El tamaño de partícula del concentrado de zinc que se va a moler no se limita a un valor particular; sin embargo, para unos tiempos de lixiviación más cortos, son deseables los tamaños de partículas más pequeños, como se manifiesta por un tamaño medio de 1-100 \mum y un 90% de un tamaño de partícula de
50-1000 \mum. Las partículas con unos tamaños medios inferiores a 1 \mum es más probable que se dispersen en el procedimiento de una transferencia, provocando un rendimiento inferior de la materia prima. Si el tamaño medio es superior a 100 \mum, no se consigue el efecto deseado en la operación de molturación.
En el procedimiento de molturación, la pasta debe tener las concentraciones superiores, preferentemente por lo menos 30 g/L.
Como resultado de la reacción de lixiviación, se produce un residuo de lixiviación dependiendo de las condiciones de lixiviación, también se puede formar jarosita de plomo. La presencia de tal jarosita de plomo aumenta la cantidad del residuo de lixiviación; por lo tanto, el coste del tratamiento del residuo. Con el fin de suprimir la formación del jarosita durante la reacción de lixiviación, la concentración del ácido sulfúrico libre presente al final de la lixiviación debe controlarse a 40 g/L y más.
Como resulta evidente a partir de la ecuación (A), el progreso de la lixiviación del concentrado de zinc está acompañado del consumo de un ión férrico requerido para mantener el proceso de lixiviación. Si se pierde el ión férrico, la reacción de lixiviación (A) no progresa más y simplemente se para. Con el fin de evitar este problema, se mantiene el suministro del ión férrico en una cantidad que corresponde al nivel de zinc en el concentrado de zinc o, alternativamente, se oxida el ión ferroso implicado para regenerar el ión férrico por lo que se recicla en el circuito de lixiviación. Esta reacción de oxidación se representa mediante la ecuación siguiente (B):
...(B)2 \ FeSO_{4} + 1/2 \ O_{2}O + H_{2}SO_{4} \rightarrow Fe_{2} (SO_{4})_{3} + H_{2}O
Bajo presión atmosférica, esta reacción para la oxidación del ión ferroso se produce a una velocidad muy lenta. Una práctica común es la creación de unas condiciones superatmosféricas en un recipiente de presión como un autoclave y la realización de una reacción de oxidación a una velocidad acelerada. Sin embargo, los recipientes de presión como un autoclave no sólo son difíciles de mantener sino que son caros también. En la presente invención, se crea un estado de presurización dentro de los conductos y cuando la solución circula a través de los conductos, el ión ferroso se oxida para regenerar el ión férrico que entonces se devuelve para un uso posterior en la etapa de lixiviación.
Si la lixiviación del concentrado de zinc y la oxidación del ión ferroso se llevan a cabo en unas etapas sucesivas, se puede lixiviar aproximadamente el 95% del contenido de zinc en el concentrado de zinc en aproximadamente 30 minutos que es considerablemente inferior al tiempo de reacción de los procedimientos convencionales. Mientras se alcanza este efecto mediante la molturación del concentrado de zinc en la solución acuosa de lixiviación, debe recordarse que las etapas alternativas de molturación y lixiviación resultan asimismo eficaces.
El lixiviado resultante de la etapa de lixiviación pasa a la etapa de purificación para ser transferido a la etapa de ganancia electrolítica, en la que el zinc se recupera del lixiviado como zinc electrolítico. El residuo de lixiviado contiene plomo, plata, azufre elemental y otros metales preciosos que deben ser separados del mismo. Con este fin, se envía el residuo de lixiviado a una etapa de flotación para que los sulfuros y el azufre elemental se separen de la fracción metálica. Se indica más específicamente, la separación sólido-líquido se realiza después de la etapa de lixiviación para preparar una pasta más concentrada del residuo de lixiviación que se somete a la flotación con aire insuflado en el interior de la pasta que se mantiene líquida. Este procedimiento produce azufre y sulfuros que se transfieren al residuo de flotación mientras que el plomo, silicatos y metales preciosos son transferidos al final.
El azufre elemental en el residuo de flotación se evapora a una temperatura superior al punto de fusión y el vapor de azufre resultante se enfría para condensarse en una forma recuperable. El plomo y los metales preciosos contenidos en los extremos se recuperan por tratamiento pirometalúrgico.
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Ejemplo 1
Se utilizó como máquina de molturación una máquina de molturación de prueba comercial del tipo molino de desgaste, denominado ATTRITOR (nombre comercial). El ATTRITOR tenía una capacidad de 5,4 L (200 mm^{\phi} \times
176 mm^{H}); estaba realizado en SUS 304; el motor funcionó a 170 rpm y más rápido; el medio de molturación eran bolas de aluminio (9 mm^{\phi}, cargado con aproximadamente 3 Kg.).
La solución acuosa de lixiviación se preparó mediante el ajuste de la concentración de zinc a 100 g/L, la concentración de ión férrico a 30 g/L y la concentración de ácido sulfúrico libre a 40 g/L.
El concentrado de zinc a tratar presentaba la composición indicada en la Tabla 1. Los elementos metálicos como Zn, Fe, Pb, Cd y Cu estaban contenidos en forma de sulfuros en el concentrado de zinc. El concentrado de zinc tenía un diámetro medio de 25 \mum y el 90% de tamaño de partícula de 70 \mum.
TABLA 1
Elemento metálico Zn Fe Pb Cd Cu
Contenido (% pt) 53,67 4,80 1,26 0,26 1,51
Se añadieron dos litros (2,0 L) de la solución acuosa de lixiviación en la maquina de molturación y se calentó hasta 90ºC. A continuación se añadieron sesenta gramos (60 g) del concentrado de zinc a la solución acuosa de lixiviación y se puso en funcionamiento la máquina de molturación para iniciar las operaciones de molturación y lixiviación. Mientras se toman muestras de la pasta cada 5 minutos, la máquina de molturación siguió funcionando de forma continua durante 30 minutos para mantener el concentrado de zinc en reacción con la solución acuosa de lixiviación que lo contiene. Las muestras extraídas se filtran y el residuo se lava vigorosamente con agua y los contenidos de metales individuales en el residuo se compararon con los contenidos iniciales para determinar el porcentaje de zinc lixiviado.
Los resultados se muestran en la Tabla 2, a partir de los cuales se puede confirmar que el 95% del lixiviado de zinc se consiguió en sólo 30 minutos de lixiviación.
TABLA 2
Tiempo (min.) Porcentaje de zinc lixiviado
5 40,8
15 46,6
20 70,2
25 92,7
30 95,1
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Ejemplo 2
Se realizó una prueba de molturación y lixiviación como se explica a continuación, utilizando el ATTRITOR (ver Ejemplo 1). Se preparó un licor madre que presentaba una concentración de zinc de 100 g/L, una concentración de ión férrico de 15 g/L y una concentración de ácido sulfúrico libre de 40 g/L, se añadió al licor madre un concentrado de zinc de la misma composición que la utilizada en el ejemplo 1 a una concentración de 30 g/L y se llevó a cabo la lixiviación durante 10 minutos. Después de la lixiviación, la pasta se ajustó hasta presentar una concentración de 200 g/L y se molió con el ATTRITOR durante 1 minuto. Después de la molturación, la pasta se filtró y se recuperó el residuo. Estas etapas comprenden un ensayo. Después, el residuo se devolvió al licor madre y se sometió a otro ensayo. El número de ensayos llevados a cabo y el porcentaje de lixiviado en cada ensayo se muestra en la Tabla 3 siguiente.
TABLA 3
Ensayo Porcentaje de lixiviado de zinc
Primero 72,7
Segundo 89,5
Tercero (que consta de sólo 10 minutos de lixiviado) 96,5
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De este modo, el 96,5% de lixiviado de zinc se consiguió mediante la realización de dos ensayos, seguidos de 10 minutos de lixiviación. Incluyendo el tiempo de molturación, el tiempo de procesamiento total sólo fue de aproximadamente 32 minutos y se pudo liberar un alto porcentaje de zinc lixiviado en un espacio de tiempo tan corto como en el ejemplo 1.
En los procedimientos 1-10 según la invención, los concentrados de zinc se lixiviaron con una máquina de molturación como un molino de bolas de manera que el azufre elemental y otros subproductos se desengancharon y se separaron de las superficies de las partículas en los concentrados de zinc; el tiempo de lixiviación fue de sólo 30 minutos que fue inferior a la décima parte del tiempo requerido hasta el momento, 6-10 horas. El ión férrico que se consumió por lixiviación se puede regenerar mediante la introducción de oxígeno en el interior del conducto, eliminando la necesidad de proporcionar un recipiente de presión como el autoclave. Ya que el tiempo de lixiviación total fue bastante inferior al requerido en la técnica anterior y no existe la necesidad de proporcionar un equipo de oxidación, los procedimientos 1-10 se pueden combinar para obtener unos recortes sustanciales en los costes de construcción y funcionamiento. Como ventaja adicional, estos procedimientos se pueden incorporar a máquinas ya existentes, permitiendo la producción de más zinc mediante una adición mínima de equipamientos.

Claims (10)

1. Procedimiento de lixiviación de zinc a partir de un concentrado de zinc mediante la molturación de un concentrado de zinc en una solución acuosa que contiene ácido sulfúrico libre e iones férricos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha molturación se lleva a cabo a presión atmosférica.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que cualquier subproducto que se forma en las superficies de las partículas de dicho concentrado de zinc como resultado de dicha lixiviación se extrae mediante dicha molturación con el fin de reducir el tiempo de dicha lixiviación.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el oxígeno se suministra en una solución de postlixiviación que contiene el ión ferroso que resulta de la reducción de dichos iones férricos durante dicha lixiviación, por lo que dichos iones ferrosos se oxidan a iones férricos y la solución que contiene los iones férricos se devuelve a dicha etapa de molturación.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el oxígeno se suministra en un conducto a través del que dicha solución acuosa se transfiere a dicha etapa de molturación, por lo que el interior de dicho conducto se presuriza.
6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el oxigeno se suministra en un conducto a través del que dicha solución de postlixiviación se devuelve a dicha etapa de molturación, mediante el cual el interior de dicho conducto se presuriza.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la concentración del ácido sulfúrico libre que está presente en dicha solución acuosa al final de la lixiviación se controla para que no sea inferior a 40 g/L, evitando así la formación de jarosita.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la concentración de iones férricos en dicha solución acuosa se controla para que se mantenga dentro del intervalo de 5-60 g/L.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el residuo remanente después de dicha lixiviación en el que por lo menos un elemento metálico en dicho concentrado de zinc que se selecciona de entre el grupo constituido por plomo, oro y plata se concentra y se somete a flotación para recuperar dicho por lo menos elemento metálico.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el residuo de flotación obtenido mediante dicha flotación se calienta a una temperatura no inferior al punto de fusión del azufre, por lo que el azufre elemental en dicho residuo de flotación se evapora y se recupera.
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