ES2313399T3 - Optimizacion de procedimiento de biolixiviacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para la optimización de un procedimiento de biolixiviación, al menos con respecto a la generación de calor y a la lixiviación de sulfuro de cobre primario, mediante la observación y control de manera activa de los compuestos inorgánicos y orgánicos en una disolución de refinado, producida en el procedimiento, a niveles por debajo de los que serían inhibitorios de la actividad microbiana de las cepas de la biolixiviación usadas en el procedimiento.
Description
Optimización de procedimiento de
biolixiviación.
Esta invención se refiere a la optimización de
un procedimiento de biolixiviación para la recuperación de uno o
más metales a partir de un mineral que contiene el metal o
metales.
El documento
US-A-2001/0002312 describe un
procedimiento de biolixiviación. El documento
WO-A-2001/
027099 describe un procedimiento de biolixiviación en montones.
027099 describe un procedimiento de biolixiviación en montones.
La invención se describe en lo que sigue con
particular referencia a la biolixiviación de un mineral de baja ley
que contiene minerales de sulfuro de cobre. Se debe de entender sin
embargo que la lixiviación en montones se proporciona sólo por vía
de ejemplo y que los principios de la invención, modificados cuando
sea necesario, se pueden usar en la lixiviación en montones para la
recuperación de otros metales tales como el oro, cinc, cobalto y
níquel.
También, aunque la invención se describe con
particular referencia a un procedimiento de biolixiviación en
montones, se debe entender que ciertos principios son aplicables a
una operación de biolixiviación en cuba.
En un procedimiento de biolixiviación en
montones típico el mineral de baja ley que contiene los minerales
de sulfuro de cobre, usualmente por debajo de un 0,5% de cobre
total, se somete a un tratamiento biológico en el que un mineral
aglomerado o sin aglomerar se apila sobre una base impermeable y a
continuación se suministra con un sistema de distribución y de
recogida eficaz de líquido de lixiviación.
Una disolución de lixiviación ácida se percola a
través del mineral. Los microbios que se desarrollan en el montón
producen hierro férrico y ácido que se obtiene en la disolución del
mineral y en la solubilización del mineral. La aireación en este
tipo de procedimiento puede ser pasiva, con el aire siendo
suministrado en el montón como consecuencia del flujo de líquido, o
activa, con el aire siendo suministrado en el montón a través de
una tubería instalada en una zona inferior del montón.
Una disolución de lixiviación que contiene metal
(conocida como una disolución de líquido madre o PLS) que se drena
del montón se recoge y se somete a un procedimiento de recuperación
del metal el cual típicamente incluye una etapa de extracción con
disolvente. Durante esta etapa uno o más de los metales contenidos
en la disolución de lixiviación se transfieren a una fase orgánica
de un disolvente el cual tiene una elevada afinidad para el metal o
los metales dianas.
La disolución de lixiviación a partir de la cual
se ha separado el metal mediante el procedimiento de extracción con
disolvente se denomina el refinado y se retorna al sistema de
irrigación del montón, opcionalmente con la adición de ácido y de
nutrientes, y se permite percolar de nuevo a través del montón.
Para una lixiviación en montón con éxito de los
minerales de sulfuro de cobre se requiere una actividad microbiana
con el fin de catalizar la oxidación de las especies de azufre y de
hierro reducidas. Se debe hacer referencia a este respecto a la
Figura 1de los dibujos que se acompañan los cuales esquemáticamente
representan procedimientos en la biolixiviación de minerales de
sulfuro de cobre primarios tales como la calcopirita (CuFeS_{2}) y
minerales de sulfuro de cobre secundarios tales como la covelita
(Cu_{2}S) y la calcocita (CuS). Se debe de advertir que la
biolixiviación de los sulfuros de cobre primarios es normalmente
significativamente más lenta debido a la naturaleza más refractaria
de dichos minerales. Consecuentemente la recuperación del cobre a
partir de los minerales de sulfuro de cobre primarios es usualmente
menos eficaz que la recuperación de cobre a partir de los sulfuros
secundarios ya que el último procedimiento se puede efectuar a
menudo en condiciones por debajo de las óptimas en las cuales la
actividad de la biolixiviación catalítica microbiana está
inhibida.
En el caso de los minerales de sulfuro
secundarios la oxidación microbiana de hierro ferroso a hierro
férrico, a un régimen que excede el régimen de consumo de hierro
ferroso durante la lixiviación, sin una oxidación a azufre
significativa, es a menudo suficiente para dar lugar a una
recuperación de cobre significativa incluso a las temperaturas
ambiente. Los regímenes de la oxidación ferrosa se producen de
manera relativamente rápida con una oxidación a azufre reducida
debido a un cierto número de razones que incluyen las
siguientes:
- a)
- un rendimiento electrónico más bajo por mol de hierro ferroso que por mol de azufre reducido; y
- b)
- una solubilidad y movilidad del hierro ferroso en el mineral más elevada, en comparación con las cifras correspondientes para las especies de azufre reducidas.
El régimen de lixiviación de la calcopirita se
puede incrementar si la lixiviación se realiza a una temperatura
elevada en el intervalo desde 40ºC a 65ºC. Mediante oxidación de las
especies de azufre reducidas tales como la pirita (FeS_{2}) se
genera calor y la temperatura del mineral se eleva. Con el fin de
oxidar el azufre reducido, las condiciones tienen que ser
significativamente más favorables y optimizadas para el desarrollo
microbiano que en el caso en el que sólo se requiere la oxidación
ferrosa.
Las condiciones de desarrollo por debajo del
óptimo se atribuyen a al menos las causas siguientes:
- a)
- condiciones de pH incorrectas;
- b)
- una carencia de macro y micronutrientes críticos;
- c)
- una concentración iónica o un contenido en sal total elevado de la disolución de lixiviación por percolación la cual, como se advirtió, es usualmente una disolución de refinado;
- d)
- la presencia de compuestos orgánicos disueltos o arrastrados con efectos inhibitorios para el desarrollo microbiano; y
- e)
- condiciones limitantes de carbono o de oxígeno.
El contenido en sal total es una medida de la
presencia de sales de sulfuro principalmente con cationes de
aluminio, magnesio, sodio, calcio y potasio asociados o, más
generalmente, cualquier anión o catión soluble, de la disolución de
lixiviación por percolación. Cuando el contenido total en sal está
en exceso de aproximadamente 80 g/L a 120 g/L la actividad
microbiana está inhibida de una forma creciente. La inhibición
microbiana se puede producir sin embargo a niveles más bajos de
contenido en sal total en la presencia de cationes y aniones en
particular que dan lugar a una inhibición específica (más bien que a
una concentración iónica e inhibición potencial osmótica no
específica), tales como los cloruros, nitratos, aluminio, fluoruro y
arsénico.
En un sistema de lixiviación en montón el pH
diana de la disolución de líquido madre está típicamente en el
intervalo de 1,5 a 2,2. El ácido se usa principalmente para disolver
el cobre soluble en ácido y para mantener dicho cobre en
disolución, y para crear un ambiente que de lugar al desarrollo y a
la actividad microbiana. Los minerales ganga, sin embargo, son a
menudo consumidores de ácido y pueden reaccionar con el ácido
contenido en la disolución que se percola a través del montón. La
reacción da lugar a la liberación de las sales, típicamente sales
de sulfato con cationes de aluminio, potasio y magnesio asociados,
que son transportados como especies disueltas en la disolución. La
concentración de dichas sales disueltas incrementa a lo largo del
tiempo a medida que progresa el procedimiento de lixiviación en
montón y debido al efecto de concentración de la evaporación.
El incremento de sales orgánicas, de la manera
antes mencionada, da lugar a niveles crecientes de inhibición de la
actividad microbiana. Ésta puede ser una inhibición no específica
que es causada por una elevada concentración iónica (elevado
potencial osmótico) lo que da lugar a una actividad en agua reducida
lo que, a su vez, da lugar a una actividad microbiana disminuida.
Alternativa o adicionalmente la inhibición puede ser causada por
compuestos orgánicos específicos tales como el nitrato, cloruro,
aluminio, fluoruro y arsénico. Un tipo común de inhibición
microbiana (o de actividad microbiana por debajo de la óptima) que
se encuentra en una operación de lixiviación en montón se debe a un
contenido elevado en sal total lo que da lugar a una actividad en
agua disminuida y a una inhibición microbiana no específica.
Los compuestos orgánicos pueden exhibir un
efecto de inhibición similar sobre la actividad microbiana. Como se
ha descrito el metal que está contenido en la disolución de líquido
madre se separa de la disolución durante un procedimiento de
extracción con disolvente. Aunque el disolvente es sustancialmente
insoluble en agua una pequeña fracción del disolvente es en verdad
soluble y puede terminar arriba en la fase acuosa. Esto puede ser
bien como fracciones solubles en agua o como gotitas discretas
(micelas). Los compuestos orgánicos, en una u otra forma, son
recogidos a continuación en el refinado y finalmente se percolan a
través del montón. Algunos de los compuestos disolventes orgánicos
son inhibitorios para los microorganismos de biolixiviación y la
introducción de los mismos en el montón puede dar lugar a una
actividad microbiana reducida o por debajo de la óptima. Los
compuestos orgánicos pueden ser una causa primaria de la inhibición
microbiana o pueden contribuir a los efectos de la inhibición
debida a las sales inorgánicas. Como los compuestos orgánicos son
esencialmente hidrofóbicos, estos compuestos tenderán a ser
adsorbidos sobre el material de mineral durante la migración en el
líquido de irrigación por percolación. Dichos efectos de absorción
tendrán un efecto más perjudicial sobre la oxidación a azufre que
sobre la oxidación del hierro ferroso. La razón para este fenómeno
se debe principalmente al hecho de que los compuestos de azufre
reducidos son insolubles. La oxidación microbiana de dichos
compuestos, por lo tanto, se tiene que producir en la superficie del
mineral, y sería así afectada más negativamente por los compuestos
inhibitorios adsorbidos en la superficie. A efectos de comparación,
el hierro ferroso es soluble en agua y se puede oxidar fácilmente
por las células microbianas no atacadas y es así menos afectado por
la presencia de los compuestos orgánicos absorbidos en la
superficie.
No se requiere una temperatura elevada para una
operación de lixiviación en montón de sulfuros que contienen
principalmente minerales de sulfuro de cobre secundarios. La
oxidación de azufre reducido, que genera el calor usado para elevar
la temperatura de un montón, no es por lo tanto un requerimiento
estricto para la lixiviación de minerales de cobre secundarios y se
pueden conseguir regimenes de lixiviación del mineral satisfactorios
en la presencia de oxidación del hierro ferroso sin una oxidación a
azufre significativa. Puesto que los regimenes de oxidación del
hierro ferroso son menos afectados por las condiciones microbianas
por debajo de las óptimas que las condiciones de oxidación a azufre
el impacto de un contenido en sal elevado o de la presencia de
compuestos orgánicos sobre el régimen de lixiviación de los
minerales de sulfuro secundarios no es relativamente importante.
Las condiciones por debajo de las óptimas
asociadas con las sales inorgánicas o los compuestos orgánicos
tienen un efecto adverso significativo sobre la oxidación a azufre
que se manifiesta ella misma de una manera pronunciada con respecto
al régimen de disolución del mineral de los minerales de sulfuro
primarios, tales como la calcopirita, en los que la generación de
calor es un factor crítico en la consecución de un régimen de
lixiviación satisfactorio. Los regimenes de disolución del mineral
de sulfuro de cobre primarios y de la pirita son afectados
negativamente y el régimen de lixiviación del cobre a partir de
minerales de sulfuro de cobre primarios se reduce.
La invención proporciona un método para la
optimización de un procedimiento de biolixiviación, al menos en lo
que se refiere a la generación de calor y a la lixiviación del
sulfuro de cobre primario, mediante la observación y el control de
manera activa de los compuestos inorgánicos y orgánicos en una
disolución de refinado, producida en el procedimiento, a niveles
por debajo de los que podrían ser inhibitorios de la actividad
microbiana de las cepas de biolixiviación usadas en el
procedimiento.
El procedimiento de biolixiviación se puede
realizar en un reactor, por ejemplo en una o más cubas, o en un
montón.
El contenido en sal total en la disolución de
refinado se puede reducir de cualquier manera adecuada y
preferiblemente se reduce mediante dilución, precipitación u
osmosis inversa, o una combinación de estas técnicas.
La invención se amplía además a la etapa de
controlar la fase de recuperación del metal para reducir el
contenido en compuesto orgánico en el refinado. Si se emplean las
técnicas de extracción con disolvente a continuación, por ejemplo,
se puede hacer uso de compuestos orgánicos para la extracción con
disolvente que no sean inhibitorios. Alternativa o adicionalmente
es posible separar los compuestos de carbono orgánicos disueltos de
la disolución de refinado de cualquier manera apropiada, por
ejemplo mediante el uso de las técnicas de oxidación o de
absorción.
La invención puede incluir de manera explicita
las etapas de observación del contenido orgánico del refinado y de
control del contenido orgánico en repuesta a la etapa de
observación.
La invención se describe adicionalmente por vía
de ejemplo con referencia a la Figura 2 de los dibujos que se
acompañan. En estos dibujos la Figura 1, que ilustra conceptualmente
los aspectos que se refieren a la biolixiviación de los minerales
de sulfuro primarios y secundarios, se han tratado en la presente
invención anteriormente.
La Figura 2 de los dibujos que se acompañan
ilustra un montón 10 de mineral triturado el cual contiene minerales
de sulfuro de cobre primario y secundario. El montón se prepara de
una manera conocida sobre una base impermeable y se suministra con
una disolución de lixiviación ácida a partir de una fuente 12 y con
aire mediante un sistema de aireación 14. Estos aspectos no se
describen con más detalle en la presente invención.
La disolución de líquido madre 16, que se drena
del montón, se somete a un procedimiento de extracción con
disolvente 20 usando un disolvente orgánico 22 elegido sobre la base
de un metal diana 24 que se va a separar de la disolución 16.
El procedimiento 20 produce el metal diana 24 y
una disolución de refinado 30.
El refinado 30, debido al hecho de que es
generalmente reciclado a través del montón 10 y como consecuencia
del efecto de concentración de la evaporación, puede tener un
contenido en sal total elevado y, además, puede estar contaminado
por los compuestos orgánicos liberados del disolvente 22.
El refinado 30 se trata en una etapa 32 para
reducir el nivel de esos compuestos que inhiben la actividad
microbiana. La etapa de tratamiento se puede realizar de manera
rutinaria o en respuesta a una medida, obtenida en una etapa de
observación 34, del contenido en sal total del refinado o del
contenido en compuestos orgánicos en el refinado.
La etapa de observación se adopta para obtener
una medida del nivel de sales inorgánicas y de compuestos orgánicos
los cuales pueden tener un efecto adverso sobre la actividad
microbiana. La etapa de observación se puede realizar de diferentes
maneras que incluyen:
- a)
- una detección microscópica de las concentraciones de células en la disolución de líquido madre;
- b)
- bio-ensayos para observar la tasa de crecimiento de azufre y/o las tasas de oxidación del hierro de los microbios de la biolixiviación; y
- c)
- técnicas de respirometría para detectar las tasas de consumo de oxígeno y/o dióxido de carbono como un indicador de la actividad microbiana.
La manera en la que se trata el refinado en la
etapa 32 puede variar de acuerdo con los requerimientos. Típicamente
el contenido en sal total del refinado se reduce mediante dilución,
precipitación, osmosis inversa o cualquier otra técnica apropiada.
El contenido en compuesto orgánico en el refinado se puede reducir
mediante condiciones de la operación de extracción con disolvente y
de la separación en fases físicas mejoradas, mediante el uso de
compuestos orgánicos para la extracción con disolvente que no sean
inhibitorios en la fase 20 de extracción con disolvente, o mediante
la separación de los compuestos orgánicos disueltos de la disolución
usando métodos de oxidación o de absorción adecuados. Es crítico
que la gestión operacional de rutina de las operaciones de
lixiviación en montón típicamente implique etapas para impedir la
acumulación excesiva de las sales totales en el refinado así como
también las pérdidas de los compuestos químicos orgánicos de la
extracción con disolvente en el refinado. Dichas etapas son sin
embargo adoptadas por razones operacionales que se refieren al
elevado coste de las existencias de disolvente así como también al
impacto que las concentraciones elevadas de sal en la disolución
tienen sobre los aspectos físico-químicos y
electroquímicos del tratamiento aguas abajo del metal disuelto, más
bien que por razones de las actividades microbianas por cuanto ellas
pertenecen al montón real. También es importante advertir que la
observación y el control que se requiere para impedir los impactos
perjudiciales sobre el desarrollo microbiano en el montón, son
significativamente más rigurosos que los que serían requeridos por
otras razones operacionales. Por ejemplo, una concentración de
disolvente orgánico tan baja como <5 mg/L sería letal para la
actividad microbiana mientras que dichas pérdidas estarían bien
dentro del intervalo cuando se gestiona desde un punto de vista de
la pérdida de existencias del producto químico de la extracción con
disolvente.
El material de desecho 36 producido en la etapa
de tratamiento del refinado 32 se desecha de la forma que sea
necesaria. La disolución que se obtiene, opcionalmente con la
adición de nutrientes 38 y de ácido 40, se dirige a continuación a
la red de distribución de la lixiviación para el montón.
Mediante el tratamiento del refinado en la
manera descrita es posible superar o reducir los efectos
inhibitorios que de otro modo se mostrarían por las sales
inorgánicas y los compuestos orgánicos. Se promueve la oxidación de
las especies de azufre reducidas y esto da lugar a temperaturas
elevadas las cuales incrementan la eficacia de la lixiviación del
mineral de sulfuro de cobre primario.
La invención se ha descrito con referencia a un
procedimiento de lixiviación en montón pero se debe entender que un
beneficio similar se puede obtener mediante el tratamiento del
refinado de una planta de extracción con disolvente que se refiera
a un reactor o reactores de biolixiviación en cuba.
Claims (9)
1. Un método para la optimización de un
procedimiento de biolixiviación, al menos con respecto a la
generación de calor y a la lixiviación de sulfuro de cobre
primario, mediante la observación y control de manera activa de los
compuestos inorgánicos y orgánicos en una disolución de refinado,
producida en el procedimiento, a niveles por debajo de los que
serían inhibitorios de la actividad microbiana de las cepas de la
biolixiviación usadas en el procedimiento.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el procedimiento de biolixiviación se realiza en un
reactor.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el procedimiento de biolixiviación se realiza en un
montón.
4. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, en el que la concentración en sal total
en la disolución de refinado se reduce mediante dilución,
precipitación u osmosis inversa, o una combinación de estas
técnicas.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, que incluye las etapas de observación
del contenido en compuestos orgánicos del refinado y en el control
del contenido en compuestos orgánicos en respuesta a la etapa de
observación.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que la etapa de observación se selecciona de las
siguientes:
- (a)
- una detección microscópica de las concentraciones de células en la disolución de líquido madre;
- (b)
- bio-ensayos para observar la tasa de crecimiento de azufre y/o las tasas de oxidación del hierro de los microbios de la biolixiviación; y
- (c)
- técnicas de respirometría para detectar las tasas de consumo de oxígeno y/o dióxido de carbono como un indicador de la actividad microbiana.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que la disolución de líquido
madre, producida en el procedimiento de biolixiviación, se somete a
una fase de recuperación del metal, y que incluye la etapa de
controlar la fase de recuperación del metal para reducir el
contenido en compuesto orgánico en el refinado.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que se emplean técnicas de extracción con disolvente en la
fase de recuperación del metal y el contenido en compuesto orgánico
se reduce mediante el uso de compuestos orgánicos no inhibitorios
para la extracción con disolvente.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 7
u 8, en el que los compuestos orgánicos disueltos se separan de la
disolución de refinado usando técnicas de oxidación o de
absorción.
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