ES2565559A1

ES2565559A1 - Procedimiento hidrometalúrgico de recuperación de zinc en aguas de mina y residuos metalúrgicos sólidos

Info

Publication number: ES2565559A1
Application number: ES201431453A
Authority: ES
Inventors: Francisco CARRANZA MORA; Rafael ROMERO ALETA; Nieves IGLESIAS GONZÁLEZ; Alfonso MAZUELOS ROJAS
Original assignee: AGENCIA DE MEDIO AMBIENTE Y AGUA DE ANDALUCIA; Siderurgica Sevillana S A; Siderurgica Sevillana Sa
Current assignee: Agencia De Medio Ambiente Y Agua De Andalucia; Siderurgica Sevillana S A; Siderurgica Sevillana Sa
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-04-05
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: ES2565559B2

Abstract

Procedimiento hidrometalúrgico de recuperación de zinc en aguas de mina y residuos metalúrgicos sólidos. Procedimiento de recuperación de zinc a partir de residuos metalúrgicos, que comprende el tratamiento integrado de agua ácida de mina y un residuo metalúrgico sólido, mediante al menos las siguientes etapas: a) purificar el residuo metalúrgico sólido de elementos solubles, b) lixiviar el residuo metalúrgico sólido con un agente lixiviante que comprende al menos un ácido mineral y agua ácida de mina, c) biooxidar una mezcla que comprende el licor lixiviado y una cantidad adicional de agua ácida de mina, d) precipitar Fe y Al de forma selectiva, e) cementar elementos más nobles que zinc; y f) precipitar óxido de zinc. Adicionalmente, método para obtener un derivado de óxido de zinc que comprende: g) obtener óxido de zinc mediante el procedimiento de la invención, y h) transformar ZnO en carbonato básico de zinc o zinc metálico.

Description

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lixiviación de residuo metalúrgico sólido y agua de mina permanecería en disolución en la etapa de precipitación de Fe y coprecipitaría con el Zn impurificándolo.

Es la primera vez que se plantea el tratamiento integrado de dos problemas de gestión medioambiental diferentes: polvos de acería y aguas de mina, de forma sinérgica y complementaria, mejorando la calidad de la gestión en ambos casos y obteniendo productos vendibles.

En la recuperación de zinc a partir de polvos de acería es la primera vez que se plantea la separación Fe-Zn con total eficacia mediante biooxidación e hidrólisis alcalina secuencial.

En el procedimiento de recuperación de zinc de la presente invención, el tratamiento del agua de mina implica que el procedimiento tenga lugar en un circuito abierto de agua y, con ello, la depuración final de esta agua. Esto supone una clara ventaja respecto a cualquier procedimiento hidrometalúrgico conocido hasta el momento, ya que en dichos procedimientos se ha de trabajar en circuito cerrado de aguas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento de recuperación de zinc a partir de residuos metalúrgicos, caracterizado porque dicho procedimiento comprende el tratamiento integrado de agua ácida de mina y un residuo metalúrgico sólido mediante al menos las siguientes etapas:

a) purificar el residuo metalúrgico sólido de elementos solubles,

b) lixiviar el residuo metalúrgico sólido con un agente lixiviante que comprende al

menos un ácido mineral y agua ácida de mina para obtener licor de lixiviado que

comprende zinc disuelto,

c) biooxidar una mezcla que comprende el licor lixiviado obtenido en la etapa b) y

una cantidad adicional de agua ácida de mina,

d) precipitar Fe y Al de forma selectiva,

e) cementar los elementos más nobles que zinc, y

f) precipitar óxido de zinc.

La representación esquemática, sin carácter limitante, del procedimiento que comprende las etapas a) hasta f) se muestra en la figura 1.

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En esta solicitud de patente se entiende por “residuo metalúrgico sólido” cualquier residuo sólido del sector minero-metalúrgico que contenga cantidades apreciables de zinc, por ejemplo en forma de óxidos, sulfatos o sulfatos básicos. Entre ellos, polvos de acería, cenizas de tostación de piritas, calcines de zinc, polvos de cottrell o puchas de absorción de gases del horno eléctrico de sedimentación procedentes de las fundiciones de cobre. Preferiblemente, el residuo metalúrgico sólido es polvo de acería, residuo producido en las plantas de obtención de acero a partir de chatarra de hierro en hornos de arco eléctrico (en la terminología en inglés, EAF dust). Se trata de un material de granulometría muy fina, generalmente entre 0.5 y 5 µm, cuya principal característica es el elevado contenido en metales pesados, mayoritariamente zinc, en forma de óxidos.

El procedimiento de la presente invención permite la gestión medioambiental conjunta de dos focos contaminantes diferentes: un residuo metalúrgico sólido tal como se describe en el párrafo anterior y agua ácida de mina, efluente acuoso característico de las instalaciones donde se extraen y/o se procesan minerales sulfurados. Ambos focos se caracterizan por su carácter ácido y por contener metales pesados, zinc entre otros; y son, por tanto, peligrosos.

Así, la presente invención permite la depuración de las aguas ácidas de mina y la desclasificación del residuo metalúrgico sólido, en particular polvo de acería, como residuo peligroso, logrando una gestión medioambiental más correcta al transformar dicho residuo metalúrgico en óxido de zinc, materia prima para la obtención de varios productos comerciales, en particular carbonato de zinc o zinc metálico.

Adicionalmente, el procedimiento de la presente invención también es adecuado para depurar otros efluentes industriales que comprendan zinc y tengan un carácter ácido.

Desde la perspectiva de la gestión medioambiental, la presencia de zinc justifica el tratamiento mediante el procedimiento de la presente invención con el objetivo de eliminar el carácter de peligroso al residuo; desde el punto de vista económico, es indudable que mientras mayor sea el contenido de metales a recuperar, más ventajoso resultará la aplicación del procedimiento.

En una realización preferida, el residuo metalúrgico sólido utilizado en el procedimiento de la presente invención comprende mínimo 0,1 % p/p de zinc, mientras que el agua ácida de mina comprende mínimo 100 ppm de zinc y un pH máximo de 4. En una

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Los residuos metalúrgicos sólidos utilizados en el procedimiento de la presente invención, preferiblemente los polvos de acería, pueden presentar contenidos significativos de uno o más constituyentes solubles en medio acuoso tal como, por ejemplo cloruros, y de cal. Estos constituyentes pueden alterar de forma significativa las condiciones de equilibrio y la eficacia de las distintas etapas del procedimiento de recuperación de zinc que se describe en esta solicitud de patente. Adicionalmente, la reducción o eliminación de los cloruros y cal presentes en el residuo metalúrgico sólido mejora la calidad final del agua de mina depurada, obtenida tras la precipitación el óxido de zinc en la etapa f) del procedimiento de la presente invención.

En una realización preferida, el tratamiento de purificación de la etapa a) comprende:

a-i) lavar el residuo metalúrgico sólido, preferiblemente polvo de acería tal como se

describe en esta solicitud de patente, en medio acuoso a un pH entre 8 y 11,

preferiblemente 10, y

a-ii) separar el residuo metalúrgico sólido de la solución acuosa de lavado.

Para alcanzar el pH objetivo en la etapa a-i), dado el contenido en cal libre que posee el residuo sólido, es preciso añadir un ácido inorgánico. El carácter anfótero de elementos como el plomo garantiza la aparición de trazas de estas especies en disolución, a pH superior a 11, circunstancia desfavorable para el procedimiento.

En la etapa a-i) se puede utilizar cualquier ácido inorgánico, por ejemplo, ácido sulfúrico, nítrico o clorhídrico. Preferiblemente, en la etapa i) se adiciona ácido sulfúrico, en particular una disolución acuosa de ácido sulfúrico 1:1 (v:v).

La utilización de ácido sulfúrico en la etapa a-i) del tratamiento de purificación, junto con la presencia de cal en el residuo, da lugar a sulfato de calcio como subproducto. Este compuesto es insoluble en las condiciones de la etapa b) de lixiviación.

En una realización especialmente preferida, el tratamiento de purificación del residuo

metalúrgico sólido tal como se describe en esta solicitud de patente comprende:

a-i) lavar polvo de acería en medio acuoso a pH 10 durante un tiempo de residencia

de 15 a 30 min, más preferiblemente 20 min, y

a-ii) separar el residuo metalúrgico sólido de la solución acuosa de lavado mediante

sedimentación o filtración.

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Los ensayos realizados por los inventores muestran que la extracción de cloruros, en particular cloruro sódico y potásico, es independiente del pH. Sin embargo, se prefiere especialmente que la etapa a-i) tenga lugar a pH 10 con un tiempo de residencia de 20 min ya que así se obtiene una menor movilización de otros metales, en particular zinc (ver tabla IV en ejemplo 1). El tratamiento de purificación para reducir o eliminar cloruros tal como se describe en esta solicitud de patente también puede comprender una etapa de lavado de la torta de filtración obtenida en la etapa a-ii) para eliminar la solución madre retenida en dicha torta y evitar así la contaminación del licor de lixiviación obtenido posteriormente en la etapa b). Sin embargo, esta etapa de lavado no resulta necesaria cuando el contenido de cloruros en el residuo metalúrgico sólido es máximo 4% p/p, disminuyendo así las necesidades de área de filtración del proceso.

LIXIVIACION ÁCIDA DEL RESIDUO METALÚRGICO SÓLIDO La etapa b) del procedimiento de recuperación de zinc de la presente invención comprende lixiviar el residuo metalúrgico sólido, preferiblemente polvo de acería tal como se describe en esta solicitud de patente, utilizando como agente lixiviante al menos un ácido mineral y agua ácida de mina.

En otra realización preferida, la etapa b) de lixiviación del procedimiento de recuperación de zinc a partir de residuos metalúrgicos de la presente invención comprende la utilización de ácido sulfúrico como ácido mineral.

Como ácido mineral se puede utilizar cualquier ácido inorgánico conocido por el experto en la materia para procesos de lixiviación de metales, por ejemplo, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o ácido nítrico. Se prefiere la utilización de ácido sulfúrico por razones de coste y calidad de las aguas finales depuradas.

Esta etapa del procedimiento INAMPA se diferencia de los métodos convencionales de lixiviación ácida por la incorporación de aguas contaminadas en el reactivo lixiviante. El agua de mina presenta un pH ácido y una concentración de Zn significativa. El procedimiento INAMPA, procedimiento al que se refiere la presente invención, permite aprovechar ambas cualidades de las aguas de mina contribuyendo, adicionalmente, a su depuración.

En otra realización preferida, la presente invención se refiere al procedimiento de recuperación de zinc a partir de un residuo metalúrgico sólido, preferiblemente polvo

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sólido-líquido puede comprender un proceso de sedimentación, preferiblemente en presencia de un agente floculante preferiblemente una poliacrilamida no iónica, ya que así se aumenta la velocidad de sedimentación, pudiendo llegar a ser 4 veces superior, y se obtiene una clarificación prácticamente total del líquido en un tiempo considerablemente menor.

En otra realización preferida, la separación del precipitado obtenido en la etapa d) del procedimiento de la invención puede comprender la filtración del precipitado obtenido. Preferiblemente, la filtración tiene lugar tras un proceso de sedimentación con adición de floculante.

En una realización aún más preferida, la etapa d) de precipitación selectiva de Fe y Al comprende:

d-i) ajustar el pH del licor obtenido tras la etapa b) de biooxidación entre 2 y 6 y mantener entre 10 y 30 min, preferiblemente, preferiblemente el ajuste de pH se realiza con lechada de cal micronizada y se mantiene el pH entre 2 y 6 durante 15 min,

d-ii) sedimentar el precipitado, preferiblemente en presencia de una poliacrilamida no iónica, y

d-iii) filtrar el sedimento obtenido, y

d-iv) lavar la torta filtrada con agua.

CEMENTACIÓN El procedimiento de recuperación de zinc mediante tratamiento integrado de aguas ácidas de mina y un residuo metalúrgico sólido, preferiblemente polvo de acería, comprende una etapa e) de cementación de elementos más nobles que el zinc. Estos elementos son principalmente cobre y cadmio, que precipitarían junto con el óxido de zinc en la etapa f) del procedimiento de la invención, de no incluirse esta etapa en el procedimiento.

En otra realización preferida, la etapa e) de cementación de metales más nobles que el zinc, preferiblemente cobre, cadmio, níquel, cobalto o una mezcla de cualquiera de éstos, tiene lugar en presencia de zinc, preferiblemente en polvo, como agente reductor. Aunque es posible utilizar otros agentes reductores conocidos por el experto, éstos impurificarían la disolución fértil de zinc. En cambio, la utilización de zinc metálico no contamina la disolución, la enriquece y permite su recuperación posterior en forma de producto vendible.

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Ejemplo 2. Lixiviación de los polvos de acería.

El presente ejemplo pone de manifiesto la doble finalidad que presenta la acción de las aguas ácidas de mina mezcladas adecuadamente con ácido mineral como agente lixiviante. Por una parte, debido a su carácter ácido, actúa solubilizando del residuo metalúrgico sólido, en este ejemplo polvo de acería, el zinc necesario para etapas posteriores del procedimiento. Por otra parte, actúa reduciendo la peligrosidad del residuo metalúrgico sólido.

Con el objetivo de optimizar esta etapa de lixiviación, se han ensayado tres variables: concentración de ácido, densidad de pulpa y temperatura. El tiempo de lixiviación en estos ensayos se estableció en 1 hora. Para estos ensayos se utilizó polvo de acería purificado mediante el tratamiento de lavado descrito en el ejemplo 1, en particular, mediante el lavado a pH 10, entre 23-25ºC y con un tiempo de residencia de 20 min. Por otro lado, el agua de mina utilizada presenta la composición indicada previamente en la tabla II.

2.1 Efecto de la acidez del medio Para el estudio de la influencia de la acidez del medio de lixiviación se ha empleado un dispositivo de control automático del pH que ha permitido realizar ensayos a pH constante. Para ello, se dosifica una disolución de ácido sulfúrico 1:1 (v:v) para mantener en el tiempo el pH objetivo.

En relación a la solubilización de zinc, en la tabla V se presentan los resultados de ensayos realizados al 20% de densidad de pulpa (200 g sólido/L licor).

Tabla V.- Lixiviación al 20% de densidad de pulpa

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Tabla XXIII.- Análisis de depósitos de zinc electrolítico

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Como se puede observar las composiciones de los tres depósitos son muy similares, pudiendo concluirse que la naturaleza del depósito, el voltaje aplicado y el tipo de precipitado del ZnO de partida no ejercen influencia sobre la calidad del zinc electrolítico.

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Claims

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