ES2324326A1 - Tratamiento de minerales por microondas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y conjunto para tratar minerales usando energía de microondas. El procedimiento incluye exponer un lecho móvil, preferentemente un lecho móvil mixto, de partículas minerales a energía de microondas de alta energía pulsada de modo que por lo menos sustancialmente todas las partículas reciban por lo menos cierta exposición a energía de microondas.
Description
Tratamiento de minerales por microondas.
La presente invención se refiere al tratamiento
de minerales por microondas.
La presente invención se refiere generalmente al
uso de energía de microondas de alta energía pulsada para provocar
cambios físicos y químicos en los minerales.
La expresión "energía de microondas" se
refiere en la presente memoria a radiación electromagnética que
tiene frecuencias en el intervalo comprendido entre 0,3 y 300
Ghz.
La expresión "alta energía" se refiere en
la presente memoria a valores, sustancialmente por encima de los
comprendidos dentro de las microondas domésticas convencionales, es
decir, sustancialmente por encima de 1 kW.
La presente invención se basa en la constatación
de que puede conseguirse un tratamiento efectivo y eficiente de
minerales moviendo un lecho, preferentemente un lecho mixto móvil,
de minerales en forma de partículas a través de una zona de
exposición de un haz pulsado de microondas de alta energía, de modo
que todas las partículas minerales se expongan por lo menos una vez
a la energía de microondas En particular, el solicitante ha
constatado que el uso de un lecho móvil, preferentemente un lecho
mixto móvil, de partículas minerales posibilita conseguir la
exposición requerida de todas las partículas y que el diseño del
aparato sea mucho más simple que propuestas de la técnica anterior,
tal como exponiendo las partículas en caída libre a la energía de
microondas en una sola pasada a través de una zona de
exposición.
Según la presente invención, se proporciona un
procedimiento de tratamiento de minerales usando energía de
microondas que incluye la exposición de un lecho móvil de
partículas minerales a energía de microondas de alta energía
pulsada, de modo que por lo menos sustancialmente todas las
partículas reciban por lo menos algo de exposición a la energía de
microondas.
Como se indica anteriormente, el uso del lecho
móvil de partículas dentro del aparato simplifica el diseño del
aparato de tratamiento.
Además, una ventaja del lecho móvil es que
permite el tratamiento de un rango mucho más amplio de tamaños de
partículas, incluyendo partículas mayores. En particular, el lecho
móvil supera algunas de las dificultades encontradas en el
tratamiento de materiales finos, tales como talco o materiales en
los que es difícil preparar un material de tamaño uniforme para
suministrarlo a una zona o zonas de exposición a microondas.
Preferentemente, el lecho móvil es un lecho
mixto móvil.
La expresión "lecho mixto móvil" se
entiende como significando un lecho que mezcla partículas cuando
éstas se mueven a través de una zona o zonas de exposición a
microondas y cambia así las posiciones de unas partículas con
respecto a otras partículas y a la energía de microondas cuando las
partículas se mueven a través de la zona o zonas.
La expresión "sustancialmente todas las
partículas" se refiere en la presente memoria al 80% en peso de
las partículas.
Preferentemente, el procedimiento incluye la
exposición del lecho móvil de partículas minerales a energía de
microondas de alta energía pulsada, de modo que por lo menos el 85%,
más preferentemente por lo menos el 90%, de las partículas reciban
por lo menos algo de exposición a energía de microondas.
Preferentemente, la energía de la energía de
microondas es por lo menos de 20 kW.
Más preferentemente, la energía de la energía de
microondas es por lo menos de 50 kW.
Preferentemente, la duración de los impulsos de
la energía de microondas es menor de 1 segundo.
Más preferentemente, la duración de los impulsos
es inferior a 0,1 segundos
La duración de los impulsos puede ser inferior a
0,01 segundos.
El uso de energía de microondas pulsada minimiza
los requisitos de potencia del procedimiento y maximiza el ciclo
térmico de las partículas del mineral.
Preferentemente, el procedimiento incluye
controlar la energía y/o la duración de los impulsos de la energía
de microondas para asegurar que las partículas individuales no sean
demasiado expuestas llevando a un calentamiento indeseable de las
partículas y/o el aparato.
\newpage
\global\parskip0.950000\baselineskip
El calentamiento indeseable puede incluir, por
ejemplo, la sinterización/fusión indeseable de partículas y/o daños
provocados por el calor al aparato.
Preferentemente, el periodo de tiempo entre
impulsos sucesivos de la energía de microondas es de 10 a 20 veces
el periodo de tiempo de los impulsos.
Como se indica anteriormente, la presente
invención no se limita a operar con partículas finas y, a modo de
ejemplo, pueden tratarse partículas en el intervalo comprendido
entre 5 y 15 cm en una dimensión principal.
Según la presente invención, se proporciona un
conjunto para el tratamiento de minerales usando energía de
microondas, que comprende:
- (a)
- una fuente de energía de microondas de alta energía pulsada; y
- (b)
- un aparato para mover un lecho, preferentemente un lecho mixto, de partículas minerales a través de una zona o zonas de exposición de la fuente de microondas, de modo que, en uso, por lo menos sustancialmente todas las partículas reciban por lo menos parte cierta exposición a la energía de microondas.
El aparato de lecho móvil puede ser cualquier
tipo adecuado de aparato.
A modo de ejemplo, el aparato de lecho móvil
puede ser un aparato de lecho fluido.
El aparato de lecho de fluido puede ser un lecho
de fluido circulante o no circulante.
A modo de ejemplo adicional, el aparato de lecho
móvil puede ser cualquier aparato que incluya un tornillo u otra
disposición de alimentación adecuada que mueva partículas a una
velocidad controlada de movimiento hacia delante desde un extremo,
de entrada a un extremo de salida.
Un ejemplo de aparato de alimentación por
tornillo incluye un alojamiento cilíndrico que tiene una entrada en
un extremo y una salida en el otro extremo, y un alimentador por
tornillo situado en el alojamiento para realizar un movimiento de
rotación alrededor de un eje del tornillo a fin de transportar
partículas a través del alojamiento desde la entrada a la
salida.
Preferentemente, por lo menos una sección del
alojamiento está formada de un material que es transparente a la
energía de microondas.
Asimismo, se prefiere que la sección del
alimentador por tornillo situada en el alojamiento esté formada de
un material que sea transparente a la energía de microondas.
El aparato alimentador por tornillo hace posible
controlar efectivamente la exposición de los minerales a la energía
de microondas y, más particularmente, asegurar que haya un
tratamiento uniforme de los minerales.
El control puede conseguirse ajustando uno ó más
de los aspectos siguientes: la velocidad de rotación de alimentador
por tornillo, la energía de la energía de microondas pulsada, la
duración de los impulsos, el periodo de tiempo entre impulsos y la
densidad de compactación de los minerales en el alojamiento.
El aparato de lecho móvil puede ser tal que la
energía de microondas de alta energía pulsada se exponga
directamente al lecho móvil de partículas y que no incluya un
alojamiento tal como el alojamiento cilíndrico anteriormente
descrito para el aparato de alimentación por tornillo. En tales
situaciones, preferentemente el aparato de lecho móvil está
diseñado para evitar un flujo de retroceso de polvo hacia la fuente
de microondas.
El aparato de lecho móvil puede ser vertical u
horizontal o formar un ángulo, ya que no hay especial necesidad de
usar la velocidad de caída para controlar la exposición, tal como
es el caso en una disposición de la técnica anterior descrita en la
solicitud de patente canadiense 2.227.383 a nombre de Golden Wave
Resources Inc.
El procedimiento de tratamiento por energía de
microondas de alta energía pulsada de acuerdo con la presente
invención es adecuado para su uso en una amplia gama de
aplicaciones en las que es deseable facilitar y/o simplificar el
procesamiento subsiguiente de los minerales.
El procesamiento subsiguiente incluye, a modo de
ejemplo, la recuperación de los componentes valiosos de los
minerales.
En consecuencia, la presente invención
proporciona un procedimiento de recuperar componentes valiosos,
tales como un metal, de un mineral, que comprende las etapas
siguientes:
- (a)
- tratar minerales de acuerdo con el procedimiento de tratamiento anteriormente descrito y producir minerales tratados; y
- (b)
- procesar los minerales tratados y recuperar uno o más componentes valiosos de los minerales tratados.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Un ejemplo, aunque no el único, del uso del
procedimiento de energía de microondas de alta energía pulsada de
acuerdo con la presente invención que facilita y/o simplifica el
procesamiento subsiguiente de minerales es provocar cambios físicos
y químicos en minerales que den como resultado la conversión de por
lo menos una parte de los minerales en una fase de gas y la
subsiguiente liberación de la base de gas de los minerales.
Este ejemplo incluye el uso de energía de
microondas de alta energía pulsada para provocar cambios físicos y
químicos, especialmente la conversión de agua químicamente ligada
de minerales en vapor de agua, y la subsiguiente liberación del
vapor de agua de los minerales.
La bauxita es un mineral, aunque no el único, en
el que este ejemplo es de interés.
Este ejemplo es relevante también para otros
minerales, por ejemplo minerales ferrosos, particularmente
minerales que contienen goetita y minerales de laterita que
contienen níquel.
Otros ejemplos del uso del procedimiento de
energía de microondas de alta energía pulsada de acuerdo con la
presente invención que facilita y/o simplifica el procesamiento
subsiguiente de los minerales comprenden:
- (a)
- reacción de pirita en minerales tales como talco para cambiarla a pirrotita, que puede eliminarse a continuación selectivamente usando separación magnética, ya que es mucho más magnética que la pirita y otros minerales presentes;
- (b)
- reacción de sulfuros, tales como calcopirita, para cambiar ligeramente su química a fin de mejorar su separación subsiguiente por fijación de agentes químicos en un procesamiento de flotación;
- (c)
- reacción de sulfuros, tales como calcopirita, para cambiar suficientemente su química para hacerlos más reactivos en el lixiviación, pero sin provocar una generación significativa de gases que contienen azufre, tales como dióxido de azufre o sulfuro de hidrógeno, que necesitarían su captura y tratamiento dentro del proceso;
- (d)
- reacción de impurezas que contienen carbono en minerales tales como talco o bauxita para eliminarlas de los minerales y evitar así efectos dañinos tales como los de contaminar corrientes del proceso de planta Bayer y/o resultar perjudiciales para las propiedades del producto, tal como el brillo de los productos de talco;
- (e)
- exfoliación de vermiculita; y
- (f)
- provocación de un agrietamiento selectivo de minerales para facilitar el procesamiento adicional, tal como se describe y se reivindica en la solicitud internacional PCT/AU2003/000681 a nombre del solicitante, cuya descripción se incorpora aquí por referencia cruzada.
El ejemplo (f) anterior incluye provocar cambios
físicos en minerales para hacer que los minerales desarrollen
grietas por efecto del calentamiento diferencial provocado por los
impulsos de microondas, de tal modo que se mejore el procesamiento
subsiguiente.
El ejemplo (f) anterior incluye también provocar
un agrietamiento que sea suficiente para que muchas de las
partículas lleguen a fragmentarse, permitiendo la separación de las
que se han roto de aquéllas no se han visto afectadas por las
microondas debido a su diferente tamaño.
El ejemplo (f) anterior incluye también hacer
que tenga lugar selectivamente un agrietamiento dentro de los
minerales, de tal modo que los minerales valiosos se expongan en
las superficies de las grietas y pueda accederse a ellos fácilmente
en procesos tales como lixiviación y/o después de una rotura
adicional por flotación.
Otro ejemplo, aunque no el único, del
procesamiento subsiguiente de minerales de acuerdo con la presente
invención incluye medir la cantidad de material en minerales que es
selectivamente calentado por exposición a energía de microondas.
En consecuencia, la presente invención
proporciona un procedimiento de medir la cantidad de material
sensible al calor en un mineral, que incluya las etapas
siguientes:
- (a)
- tratar minerales de acuerdo con el procedimiento de tratamiento anteriormente descrito; y
- (b)
- medir la cantidad de material en los minerales que es selectivamente calentado por exposición a energía de microondas.
Otro ejemplo, aunque no el único, del
procesamiento subsiguiente de minerales de acuerdo con la presente
invención incluye separar material de los minerales sobre la base
de selectividad frente al calentamiento.
\newpage
En consecuencia, la presente invención
proporciona un procedimiento de separación de material sensible al
calor en un mineral, que incluye las etapas siguientes:
- (a)
- tratar minerales de acuerdo con el procedimiento de tratamiento anteriormente descrito y calentar material selectivamente en los minerales; y
- (b)
- detectar el material calentado y separar selectivamente el material de los minerales.
La presente invención se describe además, a modo
de ejemplo, con referencia al diagrama de flujo adjunto, que
ilustra el procesamiento de mineral de bauxita en un procedimiento
de tratamiento del mineral para facilitar o simplificar la
recuperación de alúmina del mineral.
La bauxita es la fuente principal del mineral
que contiene aluminio usado en la producción de alúmina. La bauxita
contiene formas hidratadas de óxido de aluminio (alúmina) que se
presentan en varias formas estructurales diferentes. La mayoría de
los depósitos de bauxita comercialmente útiles incluyen gibosita
(trihidrato de alúmina) y/o boehmita (monohidrato de alúmina) y/o
diáspora. La bauxita tiene considerables cantidades de agua
químicamente ligada. Típicamente, la gibosita tiene 35% en peso de
agua, la boehmita tiene 15% en peso de agua y la diáspora tiene 15%
en peso de agua.
La eliminación del agua de la bauxita es
necesaria como parte de la recuperación de alúmina de bauxita.
La eliminación de parte del agua por medio del
uso de energía de microondas pulsada de alta energía de acuerdo
con la presente invención puede ayudar también a mejorar el
comportamiento de disolución en las últimas etapas y permitir la
disolución a temperatura más baja, tal como se ha encontrado que
ocurre con la calcinación instantánea en hornos convencionales.
Con referencia al diagrama de flujo, se
suministra bauxita a un triturador primario y se la tritura a un
tamaño de partícula, típicamente por debajo de 5 mm.
A continuación, las partículas de mineral de
bauxita triturado se suministran a un conjunto de tratamiento por
microondas. El conjunto incluye una fuente de microondas de alta
energía y un aparato para mover un lecho mixto móvil de partículas
de mineral de bauxita triturado hasta más allá de una zona de
exposición para las microondas.
La fuente de microondas produce impulsos de
microondas de alta energía, típicamente por lo menos 20 kW para
longitudes de impulso de menos de 0,01 segundos con periodos de
tiempo comprendidos entre 10 y 20 veces la duración del impulso
entre impulsos sucesivos.
El aparato de lecho mixto móvil tiene la forma
de un aparato de alimentación por tornillo que incluye un
alojamiento cilíndrico horizontal o ligeramente inclinado que tiene
una entrada en un extremo y una salida en el otro extremo, y un
alimentador por tornillo situado en el alojamiento y dispuesto para
realizar un movimiento de rotación alrededor de un eje del tornillo
para transportar partículas a través del alojamiento desde la
entrada a la salida.
El aparato de alimentación por tornillo y la
fuente de microondas están situados uno con respecto a otro de modo
que un haz de microondas de la fuente de microondas haga contacto
con una sección del alojamiento cilíndrico y exponga partículas de
mineral de bauxita triturado en la zona de exposición a la energía
de microondas. Esta sección del alojamiento se forma a partir de un
material que es transparente a la energía de microondas. Además, la
sección del alimentador de tornillo situada en el alojamiento está
formada de un material que es transparente a la energía de
microondas.
En uso, el movimiento de rotación del tornillo
mueve las partículas de mineral de bauxita triturado en un trayecto
de rotación hacia delante controlado desde el extremo de entrada al
extremo de salida del alojamiento y, al hacerlo, mueve las
partículas a través de la zona de exposición para las microondas de
alta energía pulsada. El movimiento de rotación hace que cambie la
orientación de las partículas con respecto al haz de microondas y
promueve el mezclado de las partículas en el alojamiento con el
resultado de que es posible tener diferentes orientaciones de
partículas expuestas a microondas y oportunidades incrementadas para
que todas las partículas sean expuestas a las microondas. En
términos generales, el aparato alimentador por tornillo posibilita
controlar efectivamente la exposición de las partículas de mineral
de bauxita triturado a la energía de microondas y, más
particularmente, asegurar que haya un tratamiento uniforme de las
partículas.
Además, el uso de energía de microondas pulsada
de alta energía minimiza el riesgo de un calentamiento indebido de
las partículas de mineral de bauxita triturado que puede ser
perjudicial.
El control del tratamiento de partículas de
mineral de bauxita triturado puede conseguirse fácilmente ajustando
uno o más de los siguientes factores: la velocidad de rotación del
alimentador por tornillo, la energía de la energía de microondas
pulsada, la duración de los impulsos, el periodo de tiempo entre
impulsos y la densidad de compactación de los minerales en el
alojamiento.
\newpage
Las partículas tratadas de mineral de bauxita
triturado descargadas del extremo de salida del alojamiento se
transfieren a operaciones aguas abajo para su procesamiento
adicional, según se requiera.
Pueden hacerse muchas modificaciones a la
presente invención descrita anteriormente.
El aparato de tratamiento por microondas
descrito con relación al diagrama de flujo incluye un solo conjunto
de una fuente de microondas y un aparato de alimentación por
tornillo. La presente invención no queda así limitada y se extiende
a disposiciones en las que haya una serie de conjuntos y el
material tratado de cada conjunto corriente arriba se transfiera
sucesivamente a conjuntos corriente abajo. Con esta disposición,
puede darse el caso de que cada conjunto exponga una proporción
relativamente pequeña de las partículas de mineral a la energía de
microondas y que el resultado total sea que sustancialmente todas
las partículas se expongan a la energía de microondas.
Claims (22)
1. Procedimiento de tratamiento de minerales
usando energía de microondas, que comprende exponer un lecho móvil
de partículas minerales a energía de microondas de alta energía
pulsada de modo que por lo menos sustancialmente todas las
partículas reciban por lo menos cierta exposición a la energía de
microonda.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el lecho móvil es un lecho mixto móvil.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la energía de la energía de microondas es por lo menos de
20 kW.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que la energía de la energía de microondas es por lo menos
de
50 kW.
50 kW.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la duración de los impulsos
de la energía de microondas es inferior a 1 segundo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que la duración de los impulsos es inferior a 0,1 segundos.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que la duración de los impulsos es inferior a 0,001
segundos.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende controlar la energía y/o
la duración de los impulsos de la energía de microondas para
asegurar que las partículas individuales no sean demasiado
expuestas conduciendo a un calentamiento indeseable de las
partículas y/o del aparato.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el periodo de tiempo entre
impulsos sucesivos de la energía de microondas es de
10-20 veces el periodo de tiempo de los
impulsos.
10. Conjunto para el tratamiento de minerales
usando energía de microondas, que comprende:
- (a)
- una fuente de energía de microondas de alta energía pulsada; y
- (b)
- un aparato para mover un lecho, preferentemente un lecho mixto, de partículas minerales a través de una zona o zonas de exposición de la fuente de microondas de modo que, en uso, por lo menos sustancialmente todas las partículas reciban por lo menos cierta exposición a la energía de microondas.
11. Conjunto según la reivindicación 10, en el
que el aparato de lecho móvil es un aparato de lecho de fluido.
12. Conjunto según la reivindicación 11, en el
que el aparato de lecho de fluido es un lecho de fluido circulante
o no circulante.
13. Conjunto según la reivindicación 10, en el
que el aparato de lecho móvil es un aparato que comprende un
tornillo u otra disposición de alimentación adecuada que mueve
partículas a una velocidad controlada de movimiento hacia delante
desde un extremo de entrada a un extremo de salida.
14. Conjunto según la reivindicación 13, en el
que el aparato de alimentación por tornillo que comprende un
alojamiento cilíndrico que tiene una entrada en un extremo y una
salida en el otro extremo, y un alimentador de tornillo situado en
el alojamiento para realizar un movimiento de rotación alrededor
de un eje del tornillo a fin de transportar partículas a través del
alojamiento desde la entrada a la salida.
15. Conjunto según la reivindicación 14, en el
que por lo menos una sección del alojamiento está formada por un
material que es transparente a la energía de microondas.
16. Conjunto según la reivindicación 15, en el
que la sección del alimentador por tornillo situada en el
alojamiento está formada por un material que es transparente a la
energía de microondas.
17. Procedimiento de recuperación de componentes
valiosos, tal como un metal, de un mineral, que comprende las
etapas siguientes:
- (a)
- tratar minerales de acuerdo con el procedimiento definido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y producir minerales tratados; y
- (b)
- procesar los minerales tratados y recuperar uno o más componentes valiosos de los minerales tratados.
18. Procedimiento según la reivindicación 17
cuando se usa para provocar cambios físicos y/o químicos en
minerales que den como resultado la conversión de por lo menos una
parte de los minerales en una fase de gas y la subsiguiente
liberación de la fase de gas de los minerales.
19. Procedimiento según la reivindicación 18
cuando se usa para provocar cambios físicos y químicos en la forma
de conversión de agua químicamente ligada de minerales en vapor de
agua y la subsiguiente liberación del vapor de agua de los
minerales.
20. Procedimiento según la reivindicación 17
cuando se usa según cualquiera de los siguientes ejemplos:
- (a)
- reacción de pirita en minerales tales como talco para cambiarla a pirrotita, que puede eliminarse a continuación selectivamente usando separación magnética, ya que es mucho más magnética que la pirita y otros minerales presentes;
- (b)
- reacción de sulfuros tales como calcopirita para cambiar ligeramente su química a fin de mejorar su separación subsiguiente por fijación de agentes químicos en un procesamiento de flotación;
- (c)
- reacción de sulfuros tales como calcopirita para cambiar suficientemente su química para hacerlos más reactivos en lixiviación, pero sin provocar una generación significativa de gases que contienen azufre, tal como dióxido de azufre o sulfuró de hidrógeno, que necesitarían su captura y tratamiento dentro del proceso;
- (d)
- reacción de impurezas que contienen carbono en minerales tales como talco o bauxita para eliminarlas de los minerales y evitar así efectos dañinos tales como los de contaminar corrientes del proceso de planta Bayer y/o resultar perjudiciales para las propiedades del producto, tal como el brillo de los productos de talco;
- (e)
- exfoliación de vermiculita; y
- (f)
- provocación de un agrietamiento selectivo de minerales.
21. Procedimiento de medición de la cantidad de
material sensible al calor en un mineral, que comprende las etapas
siguientes:
- (a)
- tratar minerales de acuerdo con el procedimiento definido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9; y
- (b)
- medir la cantidad de material en los minerales que es selectivamente calentada por exposición a energía de microondas.
22. Procedimiento de separación de material
sensible al calor en un mineral, que comprende las etapas
siguientes:
- (a)
- tratar minerales de acuerdo con el procedimiento definido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y calentar selectivamente el material en los minerales; y
- (b)
- detectar el material calentado y separar selectivamente el material de los minerales.
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