ES2606346T3

ES2606346T3 - Proceso para extraer hierro de una solución acuosa ácida

Info

Publication number: ES2606346T3
Application number: ES09756533.7T
Authority: ES
Inventors: Pauliina Nurmi; Anna Kaksonen; Jaakko Puhakka
Original assignee: Talvivaaran Kaivososakeyhtio Oyj
Current assignee: Talvivaaran Kaivososakeyhtio Oyj
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: CN102216227B; CA2740343A1; CA2740343C; RU2493110C2; AU2009305323B2; FI20085962A0; FI122716B; RU2011117096A; EP2349936A1; FI20085962A; AU2009305323A1; WO2010043764A1; AU2009305323A2; CN102216227A; PL2349936T3; BRPI0920317A2; EP2349936B1

Abstract

Proceso para extraer hierro de una solución acuosa ácida que contiene iones ferrosos, en el que el proceso comprende los siguientes pasos: (a) introducción de la solución de alimentación ácida que contiene iones ferrosos a un reactor de lecho fluidizado, en la que los iones ferrosos son oxidados a iones férricos, preferiblemente usando microbios, donde se pasa dicha solución a través del reactor de lecho fluidizado a una rata de flujo desde 6 a 650 veces comparada con la cantidad de alimentación fresca cuya rata de flujo es suficiente para una fluidización eficiente, y mezcla, (b) introducción de la solución del paso (a), que contiene sustancialmente iones férricos, a un concentrador en el que de la solución precipita un compuesto que contiene iones férricos y azufre, para obtener materia sólida, seguido por la recuperación de la materia sólida que contiene iones férricos y azufre así obtenidos en el que el pH de la solución es ajustado corriente abajo del reactor de lecho fluido y antes del concentrador, en un tanque separado de mezcla a un valor entre más de 2 y menos de 4.0.

Description

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DESCRIPCION

Proceso para extraer hierro de una solucion acuosa acida Campo de la invencion

La invencion se relaciona con un proceso para extraer y precipitar hierro de una solucion acuosa, y particularmente con procesos hidrometalurgicos. La invencion se relaciona ademas con un aparato para ejecutar dicha extraccion de hierro.

Fundamento de la invencion

El hierro juega un papel esencial en los procesos hidrometalurgicos donde se solubilizan minerales de sulfuro tales como pirita y calcopirita. Siendo inherentemente de frecuente y abundancia ocurrencia, el hierro esta presente siempre en depositos minerales junto con metales valiosos, y tlpicamente sera retirado durante el procesamiento hidrometalurgico y en el tratamiento de los drenajes acidos de minas al ambiente.

El hierro disuelto es retirado comunmente por ejemplo mediante precipitacion qulmica. Se sabe remover el hierro disuelto como hidroxido mediante precipitacion, usando cal o caliza, dando como resultado sin embargo un considerable problema de residuo de yeso.

Otra alternativa es usar el retiro biologico de hierro. El retiro combinado biologico y qulmico de hierro puede ser usado para reducir costos causados por sustancias qulmicas y la cantidad de residuo producido.

En el retiro microbiologico de hierro, se usan bacterias que oxidan compuestos de hierro y azufre, en donde dichas bacterias estan presentes de manera inherente en asociacion con los minerales. Las bacterias que tienen actividad en la lixiviacion biologica crecen tlpicamente en el intervalo acido de pH de 1 a 3, y adquieren su energla mediante oxidacion de compuestos de hierro o azufre inorganico. El carbon necesario para el crecimiento bacteriano se deriva del dioxido de carbono atmosferico. Sobre la base de la temperatura del crecimiento optimo, las bacterias pueden clasificarse en bacterias mesofllicas, 25 a 40°C, tales como Acidithiobacillus ferrooxidans, y bacterias termofllicas, 45 a 50°C, tales como Acidomicrobium ferrooxidans, y Archaea termofllico, 70 a 85°C. En la biolixiviacion de minerales de sulfuro, las bacterias pueden oxidar los sulfuros metalicos usando iones ferricos que ellas producen:

Fe2+ + /O2 + H+ ^ Fe3+ + % H2O CuS + 8 Fe3+ + 4 H2O ^ Cu2+ + 8 Fe2+ + SO42' + 8 H+

Ademas, el hierro ferrico (Fe3+) producido por los microbios actua en la solucion como un agente oxidante, contribuyendo as! a la disolucion qulmica de metales desde los respectivos minerales. En esta reaccion, el hierro ferrico sera reducido para dar nuevamente hierro ferroso (Fe2+), el cual puede ser oxidado nuevamente por los microbios para dar la forma ferrica. Despues de la disolucion, es preferible retirar el hierro ferrico del llquido de lixiviacion, y as! del proceso, por ejemplo mediante precipitacion como hidroxido, jarosita, o goetita. De otro modo por ejemplo la precipitacion de jarosita sobre los minerales durante la biolixiviacion de minerales de sulfuro puede prevenir el contacto bacteriano con la superficie mineral, y limitar as! la reaccion y transferencia de masa durante la oxidacion.

En la practica, el retiro biologico de hierro se ha convertido en un proceso complicado e incluso ineficiente, particularmente a escala industrial. Un problema tlpico es una concentracion de hierro demasiado alta, haciendo necesario diluir la solucion que es tratada, dando como resultado elevados volumenes que deben ser procesados, u obstruccion del aparato por el hierro que va a ser separado, dando como resultado una oxidacion ineficiente. Tlpicamente, en los aparatos disponibles las ratas de oxidacion son demasiado bajas, la precipitacion es desfavorable, o las capacidades o metodos usados aqul son simplemente demasiado modestos para operaciones y uso de escala industrial.

A partir del resumen del documento JP62282698 se conoce un proceso para tratamiento de agua residual, donde dentro de un tanque de oxidacion se introducen hierro ferroso y bacterias oxidantes del hierro, seguido por la adicion de carbonato de calcio, para el ajuste de pH en el intervalo de 2.0-4.4. El proceso es ayudado por agitacion con aire o por medios mecanicos. De este modo, el hierro ferroso es oxidado para dar hierro ferrico, el cual es precipitado a continuacion como hidroxido ferrico, con carbonato de calcio. Despues de la precipitacion, se pasa el llquido sobrante a un tanque de clarificacion donde se concentra el precipitado. Este precipitado concentrado es circulado junto con el crecimiento bacteriano que esta unido a el, y se retorna al tanque de oxidacion el carbonato de calcio que no reacciono.

Se conoce el retiro biologico de hierro desde el llquido de lixiviacion hidrometalurgico, usando un reactor agitado en

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lote (documento de la India no. 1427/DEL/2004 disponible por solicitud en la Oficina India de Patentes). Al mismo tiempo se oxida el hierro en el liquido de lixiviacion y se precipita en presencia de Thiobacillus ferrooxidans al pH de 2.5 a 2.9, y a la temperatura de 30 a 35°C, dando como resultado la oxidacion de sulfato ferroso hasta sulfato ferrico, y precipitacion del mismo en el tanque de mezcla. Despues de ello, sedimentan los compuestos de jarosita producidos durante la precipitacion y se separan mediante metodos conocidos de separacion. Las bacterias usadas son circuladas junto con la totalidad del liquido, y la precipitacion que tiene lugar en el tanque, tambien en las paredes del mismo, da como resultado una necesidad de eliminacion de las paredes del tanque del producto precipitado.

El documento WO 99/01383 presenta un proceso para la oxidacion de iones ferrosos en agua cruda acida diluida para dar iones ferricos, seguida por precipitacion quimica para dar una pasta de hidroxido ferrico, Fe(OH)3, mediante el aumento del pH a un valor suficientemente alto en el mismo paso el proceso. Para la precipitacion eficiente de hidroxido de ferrico, el valor del pH deberia ser por lo menos 3, preferiblemente mas de 5. Tambien es posible llevar a cabo la reaccion en un lecho fluidizado usando fluidizacion con un flujo de gas, en presencia de carbonato de calcio para neutralizar la solucion acuosa acida. La cantidad de iones ferrosos en la solucion de alimentacion es de hasta 5 g/l, preferiblemente menor a 4 g/l. Cualquier sulfato en la solucion de alimentacion es precipitado con carbonato de calcio desde la solucion para dar yeso. El procesamiento del precipitado de hidroxido, que tiene pobre sedimentacion es complicado, y ademas, se requiere tambien un floculante para la precipitacion del mismo. Tales precipitados tienden a obstruir los aparatos del proceso. Es un requerimiento para el proceso un contenido de materia solida de por lo menos 5 g/l, preferiblemente 50 a 200 g/l. El tamano de particula de la materia solida deberia ser inferior a 0.5 mm. En el proceso, se circula el precipitado sedimentado hasta el inicio del proceso. Los microbios son separados facilmente de la superficie de la materia portadora, mediante burbujas de gas que contiene oxigeno, alimentado directamente al paso del proceso donde estan presentes los microbios.

El documento WO 02/072486 divulga un reactor de lecho fluidizado que tiene una porcion de lecho fluidizado y una porcion de precipitacion combinadas en la misma construccion del aparato, donde son llevados al tiempo asi de manera conjunta en el mismo reactor todos los procesos, la oxidacion biologica, la precipitacion quimica y la sedimentacion fisica. El agua residual es introducida dentro del reactor de lecho fluidizado/precipitacion operado continuamente, sin embargo no se presentan ejemplos de la composicion de dicha agua residual. El lecho fluidizado es fluidizado por medio de una corriente circulante de gas, es decir aire. Se menciona en la publicacion que los microbios presentes en la reaccion pueden ser unos que oxidan hierro, sin embargo no se mencionan las concentraciones mas altas posibles de hierro ferroso en la solucion de alimentacion. En el caso en que la solucion de alimentacion contenga hierro, sera precipitado en el reactor para dar hidroxido u oxido ferrico, seguido por la sedimentacion de dicho precipitado en el fondo del reactor, es decir la porcion de precipitacion donde el sera retirado. Hay una zona entre la porcion de lecho fluidizado y la porcion del fondo donde las particulas portadoras del lecho fluidizado se mezclan parcialmente con la pasta de hidroxido ferrico que esta sedimentando. Dado que el mismo reactor comprende tanto la oxidacion biologica como la precipitacion (y la zona intermedia), no es posible optimizar el proceso respecto a ninguna de las etapas individuales. El elevado valor de pH usado, incluso tan alto como 12, resulta en una elevada demanda de sustancias quimicas de precipitacion. Ademas, la circulacion de gas que contiene oxigeno en el lecho fluidizado no es favorable para la actividad de la masa microbiana.

El articulo de Omura, T. et al., Biological oxidation of ferrous iron in high acid mine drainage by fluidized bed reactor, Wat. Sci. Tech., Kyoto 1991, paginas 1447-1456, presenta calculos que pueden ser aplicados para la realizacion de un modelo de la oxidacion de hierro ferroso presente en aguas de drenaje de minas acidas, para dar hierro ferrico en un reactor de lecho fluidizado que contiene la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans sobre soporte de IRA-938. El lecho fluidizado que tiene microbios es fluidizado con aire. De acuerdo con la publicacion, se obtuvo una oxidacion de 90% a una rata de flujo de 0.75 a 4.5 l/h, y a una concentracion de hierro ferroso de 1 g/l. En el proceso, la separacion de la solucion y el precipitado es llevada a cabo en un lecho fluidizado, dando asi un precipitado de hidroxido ferrico que permanece en el lecho fluidizado. Debido a obstrucciones causadas por el hidroxido ferrico, tiene que ajustarse el pH a un valor por debajo de 2, incluso aunque en teoria la precipitacion deberia comenzar solamente a un pH de mas de 2.5. Como el pH era mayor a 2 en el experimento ejecutado en la publicacion, se encontro que el hidroxido ferrico precipitaba inmediatamente sobre la superficie del soporte, y el experimento tuvo que ser interrumpido. No se describio la circulacion de la solucion en el sistema reactor.

J.A. Puhakka et al. "High-Rate Fluidized-Bed Ferric Sulphate Generation for hydrometallurgical Applications" en Advanced Materials Research vols. 20-21 (2007), paginas 54-57 divulga elevadas ratas de oxidacion de hierro, por encima de 26 kgm'V, obtenidas en un reactor de lecho fluidizado usando cultivo de Leptospirillum ferriphilum. Soluciones de lixiviacion de monton simulado incluyendo sulfato ferroso pudieron ser oxidadas a pH por debajo de 1. Se encontro que el desempeno del reactor de lecho fluidizado descendia cuando el pH aumentaba. La precipitacion de jarosita sobre los soportes de carbon activado dentro del reactor jugo un papel importante en la retencion de biomasa en el lecho fluidizado. Se divulgo un aparato que consiste en un reactor de lecho fluidizado, unidad de aireacion, y posiblemente un tanque de decantacion.

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T. van der Meer et al. "Effect of fluidized-bed carrier material on biological ferric sulphate generation" en Minerals Engineering vol. 20 (2007), paginas 782-792 utiliza un aparato mencionado en Puhakka et al. y divulgan experimentos y resultados mas detallados sobre diferentes materiales portadores.

P., H.-M. Kinnunen et al. "High-rate ferric sulphate generation by a Leptospirillum ferriphilum-dominated biofilm and the role of jarosite in biomass retainment in a fluidized-bed reactor" vol. 85 (2004), paginas 697-705 utiliza un aparato mencionado en Puhakka et al. y discuten mas detalle el papel de los precipitados de jarosita acumulados en la parte superior del material portador de biomasa de carbon activado dentro del reactor de lecho fluidizado, el cual mejora la retencion de biomasa.

El proposito es un retiro rapido y eficiente de hierro a escala industrial, de soluciones acuosas acidas que contienen iones ferrosos, mediante el proceso de la invencion.

Ademas, el proceso de la invencion permite la eliminacion de los problemas tecnicos asociados con procesos de gran escala descritos anteriormente.

Breve descripcion de la invencion

La presente invencion se relaciona con un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, para el retiro de hierro de solucion acida acuosa que contiene iones ferrosos.

La invencion se relaciona ademas con un aparato de acuerdo con la reivindicacion 11 para ejecutar dicho proceso.

Se encontro que el contenido de hierro de una solucion acida rica en hierro ferroso de un proceso hidrometalurgico, por ejemplo del lixiviado biologico en monton, puede ser reducido rapida y eficientemente pasando la solucion a traves de un aparato de tratamiento, que comprende un lecho fluidizado y un concentrador. La solucion que va a ser tratada, que contiene hierro ferroso es primero oxidada biologicamente en un reactor de lecho fluidizado separado, para obtener hierro ferrico, seguido por la introduccion de la solucion de hierro ferrico en un concentrador donde precipita el compuesto de hierro ferrico y puede as! ser retirado del aparato, como materia solida.

Con el proceso y aparatos de la invencion, puede alcanzarse un retiro muy rapido y eficiente de hierro, elevada capacidad de precipitacion y propiedades superiores del precipitado. Ademas, el proceso usado es flexible y aplicable para soluciones con propiedades muy diferentes. Usando este proceso, adicionalmente al hierro, pueden retirarse tambien sulfatos, de soluciones tales como aguas residuales. En la invencion, la oxidacion de hierro por microbios y la precipitacion de hierro oxidado son operaciones unitarias separadas que pueden ser optimizadas separadamente sin compromisos. En el proceso de la invencion, los microorganismos que oxidan hierro estan unidos a la superficie del material soporte, logrando as! concentraciones de biomasa considerablemente mas altas y de acuerdo con ello mayores ratas de oxidacion de hierro, que anteriormente. Ademas, con el proceso de la invencion pueden tratarse aguas residuales que contienen cantidades considerablemente mayores de hierro, en comparacion con aguas que podrlan ser tratadas con procesos descritos en la tecnica previa.

El proceso de la presente invencion es considerablemente mas eficiente que el proceso descrito por ejemplo en el documento JP62282698. Con el proceso de la invencion pueden tratarse aguas residuales que contienen cantidades significativamente mayores de hierro, tales como 15 g de Fe2+/l o mayores, mientras con el proceso descrito en el documento JP62282698 pudo tratarse agua residual que contenla hierro no mayor a 0.120 g de Fe2+/l. Una ventaja del proceso de la invencion es tambien que el hierro no precipita como hidroxido, por ejemplo en la forma de Fe(OH)3, el cual es amorfo y esta distribuido muy finamente, haciendo muy diflcil la separacion del mismo de una solucion. En el proceso de la invencion, no se requiere agitacion mecanica en la operacion unitaria biologica.

El proceso de la presente invencion es considerablemente mas eficiente y puede ser aplicado mas ampliamente que el proceso descrito por ejemplo en el documento de patente india no. 1427/DEL/2004. La solucion que va a ser tratada puede ser introducida dentro del reactor a una mayor velocidad, y las concentraciones de hierro ferroso en la solucion de alimentacion pueden ser significativamente mayores. Adicionalmente, los intervalos de temperatura y pH, en los cuales puede ser ejecutado el proceso de la invencion, son mas amplios. La bacteria utilizada en la invencion, tal como Leptospirillum ferriphilum, tolera concentraciones ferricas considerablemente mas altas que, por ejemplo, la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans. Una mayor eficiencia en la eliminacion de hierro es una ventaja adicional del proceso de la invencion.

La Figura 1 muestra esquematicamente un aparato de tratamiento de la invencion.

La Figura 2 muestra la variacion en la rata de oxidacion de iones ferrosos y eficiencia de oxidacion durante una etapa experimental (Ejemplo 1).

La Figura 3 muestra la variacion en la rata de oxidacion de iones ferrosos y la eficiencia de oxidacion durante una

etapa experimental (Ejemplo 2).

La Figura 4 muestra la rata de oxidacion de iones ferrosos, y eficiencias de oxidacion despues de ajustar el pH de la solucion, corriente abajo del lecho fluidizado a un valor entre 2.5 y 3.5 (KOH), y un valor entre 3.2 y 2.8 (CaCO3).

La Figura 5 muestra la variacion en la cantidad de hierro precipitado y eficiencia de precipitacion durante una etapa 5 experimental (Ejemplo 1).

La Figura 6 muestra la variacion en la cantidad de hierro precipitado y eficiencia de precipitacion durante una etapa experimental (Ejemplo 2).

La Figura 7 muestra la precipitacion de iones ferricos y eficiencia de precipitacion despues de ajustar el pH de la solucion, corriente abajo del lecho fluidizado a un valor entre 2.5 y 3.5 (KOH), y un valor entre 3.2 y 2.8 (CaCO3).

10 La Figura 8 muestra el analisis del producto precipitado, indicando que la fase solida contiene principalmente jarosita.

Descripcion detallada de la invencion

En el proceso de acuerdo con un primer aspecto de la invencion, se trata una solucion acuosa acida que contiene iones ferrosos. Esta solucion que va a ser tratada puede ser cualquier solucion que satisface dichos criterios. La 15 solucion que va a ser tratada es seleccionada preferiblemente del grupo que consiste en una solucion acuosa acida o de proceso del tratamiento de suelo contaminado, solucion producida en el tratamiento de corrientes residuales industriales, o materiales residuales que contienen metales, y una solucion producida en un proceso hidrometalurgico. Mas preferiblemente, la solucion es corriente de solucion de un proceso hidrometalurgico, o proceso de lixiviacion biologica hidrometalurgica, mas preferiblemente una corriente de solucion que contiene 20 grandes cantidades de hierro y otros metales de un proceso de lixiviacion biologica hidrometalurgica, puesto que el proceso de la invencion es particularmente eficiente para el retiro de hierro, y puesto que las soluciones en cuestion son acidas y contienen bacterias que oxidan hierro y nutrientes necesarios para el crecimiento de las mismas. Adicionalmente al hierro, estas soluciones contienen tlpicamente nlquel, cobalto, zinc, cobre, manganeso, magnesio, aluminio, sodio, calcio y aniones tales como sulfatos. De modo particular preferiblemente, las solucion en 25 si misma contiene nutrientes necesarios para el crecimiento de biomasa, obviando as! la adicion separada de los mismos.

De acuerdo con una realizacion preferible, la solucion acuosa acida que contiene iones ferrosos contiene tambien compuestos de azufre, preferiblemente en la forma de iones sulfato.

De acuerdo con otra realizacion preferible, la solucion acuosa que va a ser tratada es obtenida de la recuperacion 30 de metales de minerales, mediante lixiviacion en monton. Las bacterias que oxidan hierro y azufre tales como At. ferrooxidans crecen naturalmente sobre las superficies de minerales y aguas de drenaje de los montones de minerales. Ellas son tlpicamente microbios autoctonos del sitio de lixiviacion biologica de monton regional, y estan as! bien adaptadas a condiciones ambientales locales.

De acuerdo con una realizacion, se anade caldo de cultivo de la solucion acuosa que va a ser tratada, con el 35 proposito de ayudar en el crecimiento de la biomasa usada para la oxidacion. Dicho caldo de cultivo contiene preferiblemente sustancias traza necesarias para la biomasa. Dicho caldo de cultivo es mas preferiblemente una solucion de acido sulfurico con un pH de 0.5 a 4.0, de acuerdo con el proposito de aplicacion, y contiene sulfato de amonio, sulfato de sodio, cloruro de potasio, hidrogenofosfato de potasio, sulfato de magnesio y nitrato de calcio. La necesidad de cloruro, calcio y nitrato en el caldo de cultivo es cuestionable, pero pueden ser anadidos si es 40 necesario. Mas preferiblemente, se anade como caldo de cultivo el medio 9K conocido en la tecnica, que contiene por ejemplo aproximadamente 3 g/l de sulfato de amonio, por ejemplo aproximadamente 1.5 g/l de sulfato de sodio, por ejemplo aproximadamente 1.5 g/l de cloruro de potasio, por ejemplo aproximadamente 0.05 g/l de hidrogenofosfato de potasio, por ejemplo aproximadamente 0.5 g/l de sulfato de magnesio, y por ejemplo aproximadamente 0.01 g/l de nitrato de calcio. Ademas, el caldo de cultivo puede contener tambien por ejemplo 45 aproximadamente 0.350 g/l de hidrogenofosfato de amonio, por ejemplo aproximadamente 0.050 g/l de carbonato de potasio, y por ejemplo aproximadamente 0.050 g/l de sulfato de magnesio.

La solucion de alimentacion que va a ser introducida en el lecho fluidizado puede contener metales valiosos, o pueden retirarse de la solucion metales valiosos, antes del tratamiento de ella mediante el proceso de la invencion.

Para el tratamiento mediante el proceso de la invencion, generalmente no es necesario un ajuste del valor de pH de 50 la solucion fresca de alimentacion. El pH de la solucion de alimentacion que va a ser introducida en el lecho fluidizado esta preferiblemente entre 0.1 y 7, mas preferiblemente entre 0.5 y 7, con maxima preferencia entre 0.5 y 5. El ajuste sustancial de pH es realizado corriente arriba del concentrador. Debido a ratas de flujo extremadamente altas, el pH de la solucion en el aparato se tornara uniforme y es casi igual a traves del aparato, tal como en el

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reactor. Si es necesario, puede ajustarse el pH con sustancias qulmicas conocidas para el ajuste de pH, tales como acido sulfurico o un agente caustico.

Una ventaja general de la invencion es el hecho de que el intervalo disponible de pH es amplio. En un tratamiento biologico convencional, el pH es restringido tlpicamente a valores entre 1.5 y 3.0 para garantizar la actividad del material biologico usado y evitar condiciones perjudiciales. En el proceso de la invencion, puede usarse un intervalo de pH adecuado mas flexible para la solucion que va a ser tratada, debido a la posibilidad de dilucion local efectiva de la solucion que va a ser oxidada y de control del progreso de la solucion, es decir rata de flujo en el aparato de tratamiento. Esto reduce la necesidad de un control en el pH, y as! gastos.

Generalmente, una solucion de alimentacion con elevado contenido de hierro, causa problemas en procesos hidrometalurgicos convencionales, donde el hierro puede no ser retirado de modo suficientemente eficiente. La reduccion en la concentracion da como resultado la necesidad de usar aparatos mas grandes y menos economicos y/o mayores cantidades de la solucion que va a ser tratada. Con el proceso de la invencion, es posible tratar incluso soluciones que contienen grandes cantidades de hierro disuelto. La concentracion de hierro ferroso en la solucion acida de alimentacion de acuerdo con la invencion, es preferiblemente 30 g/l o menos, mas preferiblemente de 3 a 30 g/l, con maxima preferencia de 3 a 20 g/l, tal como de 9 a 15 g/l. Las concentraciones y contenidos de hierro en las soluciones de alimentacion que van a ser tratadas dependen tlpicamente de la mineralogla del mineral, y pueden variar ampliamente entre diferentes depositos. Por esta razon, la flexibilidad considerando la composicion de la solucion de alimentacion obtenida con el proceso de la invencion, es una ventaja permitiendo as! el uso del proceso en muy diferentes ambientes de operacion.

En el proceso de la invencion, se retira hierro de la solucion acida acuosa que contiene iones ferrosos, mediante por lo menos los siguientes pasos:

En el primer paso (a), la solucion acida acuosa que contiene iones ferrosos, esto es, la solucion que va a ser tratada, es introducida en el reactor de lecho fluidizado, donde los iones ferrosos son oxidados preferiblemente mediante microbios para dar iones ferricos, donde la solucion fluye a traves del lecho fluidizado del reactor con una rata suficiente para suministrar fluidizacion y mezcla eficientes. En el segundo paso (b), se pasa la solucion del paso (a) que contiene sustancialmente iones ferricos a un concentrador donde se deja precipitar desde la solucion un compuesto sulfurico que contiene iones ferricos, para dar materia solida, seguido por la recuperacion de la materia solida as! obtenida, que contiene iones ferricos. En el reactor de lecho fluidizado se logra una eficiente oxidacion biologica del hierro. Preferiblemente en la oxidacion biologica, los microbios que oxidan iones ferrosos para dar iones ferricos estan unidos a la superficie de un material soporte. El lecho compuesto por el material soporte es fluidizado y mezclado mediante una cantidad suficiente de una solucion que fluye hacia arriba, preferiblemente donde la solucion es circulada en el aparato de la invencion y es bombeada hasta el reactor de lecho fluidizado.

La expresion "rata suficiente" en el paso (a) se refiere a la rata de flujo de la solucion obtenida cuando se combina el rebosamiento del concentrador con la solucion de alimentacion, donde la cantidad del mismo es por ejemplo 6 a 650 veces comparada con la de la solucion de alimentacion, y se pasa la cantidad de la solucion as! obtenida, esto es, "cantidad suficiente" a traves del lecho fluidizado. La rata de flujo de la solucion a traves del lecho fluidizado es mantenida efectiva para alcanzar un proceso eficiente de oxidacion y prevenir que el compuesto oxidado precipite ya en el reactor de lecho fluidizado. Una rata de flujo suficiente de la solucion a traves del lecho fluidizado se refiere a una rata de flujo que previene se tornen demasiado altas concentraciones locales, por ejemplo en los microbios o cerca a ellos, siendo la cinetica de precipitacion suficientemente baja respecto a dicha rata de flujo de la solucion a traves del lecho, se evita as! sustancialmente la precipitacion en el lecho fluidizado.

En el caso en que la solucion combinada con la solucion de alimentacion fresca sea circulada eficientemente y suficientemente diluida en el lecho fluidizado, se evita cualquiera de los efectos toxicos sobre los microbios del lecho. Al mismo tiempo, el lecho fluidizado es mantenido libre de cualquier precipitacion, reduciendose as! el mantenimiento necesario y problemas y costos asociados con el.

La solucion de alimentacion que va a ser introducida corriente arriba del lecho fluidizado es diluida tambien por la solucion circulada con elevada rata y, de acuerdo con ello, ya no es necesaria una dilucion separada de la solucion que va a ser tratada, antes de alimentarla al proceso.

Suficiente cantidad de la solucion se refiere a la solucion obtenida por circulacion de la solucion ya empobrecida en compuestos de hierro, hacia arriba en el lecho fluidizado y mediante introduccion de solucion de alimentacion fresca al reactor. Entonces la cantidad total de solucion que pasa a traves del lecho fluidizado es alta, de 6 a 650 veces comparada con la cantidad de solucion de alimentacion fresca. En operacion de menor escala, tal como en el laboratorio o una planta piloto, es preferible una cantidad de 150 a 650, mas preferible de 150 a 320 veces respecto a la cantidad de solucion fresca de alimentacion. Para una escala industrial grande, aquellos expertos en la tecnica son capaces de estimar una aproximacion gruesa de la cantidad total de solucion, sobre la base de experimentos

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llevados a cabo en un laboratorio o planta piloto. Mas preferiblemente, la cantidad para la escala industrial es de 7 a 150, mas preferiblemente de 9 a 150, tal como de 9.5 a 50 veces comparada con la cantidad de solucion fresca de alimentacion, para prevenir que la cantidad total que va a ser circulada se torne excesivamente alta y, ademas, para tener la capacidad de ejecutar la circulacion de una manera economicamente factible, usando aparatos razonables y con costos razonables. Al mismo tiempo, la rata de flujo a traves del lecho fluidizado se torna suficientemente alta, siendo el termino "suficiente" definido arriba.

La diferencia entre los volumenes del lecho fluidizado durante la suspension y la operacion, respectivamente, es ilustrada por la relacion de fluidizacion. Preferiblemente para la fluidizacion de la invencion, dicha relacion de fluidizacion esta entre 20 y 40%, preferiblemente entre 25 y 35%, mas preferiblemente aproximadamente 30%. La transferencia de masa lograda as! es particularmente eficiente debido a una elevada area superficial reactiva de la biopellcula obtenida. Con esta disposicion, pueden evitarse tambien los denominados flujo y obstruccion de canal, en contraposicion a otras construcciones.

La solucion de alimentacion fresca que va a ser tratada, que contiene hierro, es mezclada con la solucion circulada mediante bombeo con elevada velocidad.

De acuerdo con una realizacion preferible, para una escala de laboratorio la rata de flujo a traves del lecho fluidizado esta entre 30 y 50 l/h, preferiblemente entre 35 y 45 l/h.

De acuerdo con otra realizacion preferible, para una escala de planta piloto la rata de flujo a traves del lecho fluidizado esta entre 700 y 1100 l/h, preferiblemente entre 750 y 1050 l/h.

Preferiblemente, la rata de alimentacion de la solucion fresca al reactor es por lo menos 0.1 l/h, mas preferiblemente por lo menos 2.4 l/h, con maxima preferencia por lo menos 4.8 l/h, tal como 9.6 l/h. En este caso, el tiempo teorico de residencia (HRT) de hierro presente en la solucion fresca alimentacion en el lecho fluidizado, por ejemplo para una escala de planta piloto que comprende un reactor con un volumen total de 14 l, y un lecho fluidizado con un volumen de 9.3 l durante la fluidizacion, es menor a 4 h, preferiblemente menor a 3 h, mas preferiblemente menor a 1 a 3 h.

Si es necesario, puede calentarse la solucion que fluye a traves del reactor de lecho fluidizado. Preferiblemente, se ajusta la temperatura de la solucion a un valor entre 15 y 45°C, mas preferiblemente entre 30 y 40°C.

El valor de pH de la solucion circulada es ajustado corriente abajo del lecho fluidizado, antes de pasar al concentrador. Si es necesario, puede ajustarse el pH mediante la adicion de sustancias qulmicas para el ajuste de pH, conocidas para este proposito, tales como acido sulfurico o un agente caustico, preferiblemente un agente caustico. Despues del ajuste, el valor de pH de la solucion que pasa al concentrador es mayor a 2, mas preferiblemente mayor a 2.5. El pH es mantenido por debajo de 4, mas preferiblemente por debajo de 3.5, tal como entre 2 y 3.5, o 2.5 y 3.5, con maxima preferencia por debajo de 3, tal como entre 2 y 3, o 2.5 y 3. La precipitacion es realizada de manera mas eficiente mediante la elevacion del pH, dando como resultado sin embargo un aumento en el consumo de sustancias qulmicas para el ajuste de pH. Como se dijo anteriormente, no siempre es necesario ajustar el pH de la solucion introducida en el lecho fluidizado, puesto que en el proceso para la solucion que va a ser tratada es aceptable un intervalo razonablemente amplio de pH. Sin embargo, el pH de la solucion que pasa deberla ajustarse para que este en el intervalo que permite la precipitacion del compuesto de hierro que contiene azufre.

Para la fluidizacion, no se introduce gas en el lecho fluidizado. La fluidizacion es lograda mediante flujo llquido que consiste en una mezcla de la solucion fresca de alimentacion y solucion circulada. Bien sea la solucion o ambas de ellas pueden ser oxidadas bien sea separada o conjuntamente, preferiblemente aireadas antes de pasar la solucion al lecho fluidizado. Es deseable evitar la fluidizacion con gas dado que, por el flujo de gas, la masa microbiana se desprende del material soporte, lo cual es perjudicial para la operacion del lecho fluidizado.

De acuerdo con una realizacion preferible, existe un tanque separado de aireacion corriente arriba del lecho, para airear la solucion antes de la introduccion de la misma al lecho fluidizado.

La eficiencia de oxidacion en la solucion ferrosa esta en el intervalo de mas de 90%, preferiblemente 95%, mas preferiblemente 96%, con maxima preferencia 97% o por encima, tal como mas de 99%. La rata de oxidacion esta entre 1 y 8.5 g/lh, preferiblemente entre 3.3 y 7 g/lh, con maxima preferencia entre 4 y 7 g/lh. En este caso, la cantidad de iones ferrosos que emigran del reactor al paso de precipitacion sera muy baja, preferiblemente menor de 0.1 g/l. La oxidacion es vista tambien desde el incremento del potencial redox, donde el potencial de la solucion que abandona el reactor es preferiblemente mayor a 450 mV. Mientras la cantidad de oxlgeno disuelto en la solucion puede permanecer en el nivel suficiente para el mantenimiento de la actividad microbiana, es preferible introducir en el reactor oxlgeno adicional, mediante aireacion, si es necesario. En la transferencia de masa de oxlgeno, se obtiene un valor de 35 kg de O2/m3d o menos. Mas de 85% de la cantidad de hierro ferrico en la

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solucion de alimentacion puede ser precipitada a partir de ella, preferiblemente mas de 90%, mas preferiblemente mas de 95%.

De acuerdo con una realizacion preferible, se usan en el fondo del reactor esferas de vidrio o cuerpos de material ceramico, para promover la distribucion homogenea del flujo de llquido y/o para prevenir que el material de soporte abandone el reactor.

El material de soporte adecuado deberla tener una elevada area superficial especlfica, una elevada porosidad, y ademas ser suficientemente inerte para los propositos de aplicacion en cuestion. En el proceso de la invencion, se usan los materiales de soporte tlpicos adecuados para biomasas. Preferiblemente, el soporte es carbon activado, tierras diatomaceas, tales como celita, alumina, u otro material ceramico adecuado. Mas preferiblemente, el material de soporte es carbon activado, debido a la maxima area superficial obtenida.

De acuerdo con el proceso de la invencion, los microbios que pueden ser unidos al soporte son usados preferiblemente en el reactor de lecho fluidizado. Dichos microbios pueden pertenecer a una cepa bacteriana bien adecuada para las condiciones en cuestion, tal como cepa bacteriana acidofllica que oxida hierro. La bacteria puede ser cualquier bacteria util para la oxidacion de hierro bajo condiciones acidas. La bacteria puede ser seleccionada preferiblemente del grupo consistente en Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Acidimicrobium ferrooxidans, y Leptospirillum ferriphilum. Son de maxima preferencia las bacterias de la especie de Leptospirillum ferriphilum que toleran concentraciones particularmente altas de hierro ferrico. La ocurrencia local puede servir como un criterio para la seleccion de la especie bacteriana; en este caso, es preferible favorecer poblaciones inherentes en y que van a ser enriquecidas del proceso hidrometalurgico, agua de drenaje de minas, o el ambiente del sitio de aplicacion, dada la aclimatacion asumida a las condiciones locales.

Una vez se retira del lecho fluidizado la solucion oxidada, las cantidades totales del material de soporte y microbios permanecen sustancialmente alll.

En el segundo paso del proceso de la invencion, la solucion que contiene sustancialmente iones ferricos, obtenida del lecho fluidizado usado en el primer paso, es pasada al concentrador para la precipitacion de un compuesto que contiene iones ferricos de la solucion para dar materia solida, seguido por la recuperacion de dicha materia solida que contiene iones ferricos as! obtenidos.

La precipitacion es ejecutada en el concentrador, donde la materia solida que precipita de la solucion sedimenta durante un tiempo de residencia suficiente. El concentrador es un dispositivo para la separacion mediante gravedad, de los precipitados del licor madre. El licor madre es retirado del concentrador en forma de un rebosamiento claro, mientras la materia solida que va a ser retirada, el precipitado, sera enriquecida en el producto de fondo. El precipitado formado es recuperado a traves de una valvula en el fondo del concentrador, mientras la fase llquida sedimentada tal como el rebosamiento, pasa a tratamientos subsiguientes. El precipitado as! formado es sedimentado facilmente sin necesidad de ayudas de precipitacion, tales como agentes de floculacion que causan costos extra y cargas ambientales.

La solucion de alimentacion contiene compuestos de azufre, particularmente en forma de sulfatos. Los iones ferricos son entonces precipitados desde la solucion en forma de compuestos de hierro con azufre, de la manera conocida, y as! en la materia solida recuperada estan presentes compuestos de azufre que contienen hierro, preferiblemente sulfato ferrico, mas preferiblemente jarosita. Aparte de hierro, tambien se retira de la solucion azufre, sin necesidad de ninguna ayuda adicional para unir hierro. El hierro puede ser precipitado preferiblemente en la forma de jarosita de Na, K, NH4 o hidronio. Tlpicamente, el hierro ferrico precipitado es una solucion solida que consiste en diferentes tipos de jarositas. Mas preferiblemente, la precipitacion de jarosita es llevada a cabo de acuerdo con la Figura 7, como jarosita de sodio. Para esta precipitacion se requieren concentraciones relativamente altas de sodio en la solucion que va a ser tratada, o uso de agentes causticos para el control de pH. Igualmente puede ejecutarse la precipitacion rapida en la forma bien sea de jarosita de potasio o de amonio, y as! puede ajustarse la composicion de la jarosita, mediante las concentraciones de cationes monovalentes.

La temperatura durante la precipitacion es inferior a 70°C, preferiblemente inferior a 60°C, mas preferiblemente inferior a 37°C, tal como entre 30 y 37°C. El tiempo de retencion en la precipitacion esta preferiblemente entre 0.5 y 1.5 h, mas preferiblemente aproximadamente 1 h para escala de laboratorio, y entre 2.5 y 3.5 h, mas preferiblemente aproximadamente 3 h, para escala de piloto, y el precipitado as! obtenido sera facilmente separado y sedimentado. El Indice de volumen de lodo, SVI, que ilustra la habilidad de sedimentacion del precipitado, varla entre 3 y 45 ml/g, preferiblemente entre 5 y 30 ml/g, de acuerdo con las condiciones experimentales.

La solucion que abandona el lecho fluidizado pasa al ajuste de pH, llevado a cabo en una unidad o tanque separado para ajuste de pH. Puede mejorarse la precipitacion de hierro ferrico y la calidad del precipitado obtenido, elevando el pH de la solucion. El ajuste del valor de pH puede ser llevado a cabo de una manera conocida, por ejemplo usando un aparato de titulacion automatica. Como el agente que va a ser anadido para ajuste de pH,

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pueden usarse compuestos adecuados para este proposito, preferiblemente bases, mas preferiblemente solucion de hidroxido de sodio, carbonato de potasio o hidroxido de sodio, mas preferiblemente pasta de carbonato de potasio. El agente de ajuste de pH es anadido en un tanque separado con mezcla eficiente. El tiempo de residencia de la solucion este paso es suficiente, preferiblemente inferior a 1 hora, mas preferiblemente menos de 40 min, con maxima preferencia menos de 10 min, tal como entre 5 y 10 min para mezclar el agente de ajuste de pH con la solucion que va a ser tratada de una manera suficientemente uniforme, y habilitar una reaccion suficientemente completa entre los dos.

La fase llquida del paso de precipitacion es preferiblemente pasada a aireacion. Los microbios que oxidan hierro son aerobios, y as! requieren oxlgeno para estar activos. La aireacion es llevada a cabo usando un gas que contiene oxlgeno, preferiblemente usando aire puro u oxlgeno puro, mas preferiblemente usando oxlgeno puro. Para la aireacion, preferiblemente se pasa la solucion a un tanque separado de aireacion, para alimentar el gas que contiene oxlgeno en forma de pequenas burbujas a la solucion que va a ser aireada, por ejemplo a traves de un medio sinterizado u otro colector adecuado para distribuir una corriente de gas, para ejecutar una oxidacion con maxima uniformidad y eficiencia. Preferiblemente, la solucion que va a ser tratada, que comprende mas preferiblemente tanto las soluciones de alimentacion como circulada, es sometida a aireacion antes de la introduccion de la misma en el lecho fluidizado en el paso (a).

Ademas, de acuerdo con una realizacion preferible, la solucion obtenida despues del paso (b), empobrecida en iones ferricos, preferiblemente la solucion aireada, es circulada parcial o totalmente en el mismo proceso en cuestion o en un proceso diferente. Preferiblemente la solucion en cuestion, preferiblemente la solucion aireada, es circulada en retorno sustancialmente a la alimentacion del reactor de lecho fluidizado en el paso (a), esto es, la solucion es circulada continuamente al aparato. Preferiblemente, la solucion obtenida despues del paso (b), la solucion circulada, es circulada de vuelta al paso (a), mientras se retira la solucion del proceso a una rata igual a la rata de alimentacion de la solucion al proceso. Sustancialmente, en la solucion circulada no esta presente materia solida, tal como lodo que contiene hierro ferrico y azufre, donde el contenido de materia solida es inferior a 1% en peso.

La Figura 1 muestra una realizacion preferible de la presente invencion, donde la solucion 1 de alimentacion pasa primero al reactor de lecho fluidizado 2 del aparato de tratamiento, para la oxidacion de hierro ferroso. Desde el lecho fluidizado, el hierro ferrico oxidado es introducido a ajuste 3 de pH y adicionalmente a tanque 4 de mezcla. Desde el tanque de mezcla, la solucion de hierro ferrico pasa al concentrador 5 para sedimentacion del compuesto ferrico que precipita en el fondo del tanque, seguido por la recuperacion del mismo a traves de la valvula A. El rebosamiento del tanque es pasado a la unidad 6 de aireacion, seguido por circulacion sustancial del mismo a traves de la valvula 7, de vuelta a la corriente de alimentacion del lecho fluidizado 2. Si es necesario, puede retirarse de la unidad de aireacion parte de la solucion B aireada.

El proceso de la invencion puede ser usado para el tratamiento de cualquier solucion acida que contiene hierro ferroso, para recuperar hierro y/o para reducir el contenido de hierro de la solucion. Las aplicaciones preferibles estan dirigidas al tratamiento de soluciones acidas acuosas y de proceso producidas en la descontaminacion de suelo contaminado, corrientes residuales industriales o materiales residuales que contienen metales, o el tratamiento de corrientes de solucion de procesos de lixiviacion hidrometalurgicos o biohidrometalurgicos. Mas preferiblemente, el proceso es aplicado a corrientes de solucion de procesos de lixiviacion hidrometalurgicos o biohidrometalurgicos, mas preferiblemente corrientes de solucion que contienen elevadas cantidades de hierro y otros metales, y sulfatos.

El proceso de la invencion puede ser parte tambien de un sistema para la precipitacion de hierro en una aplicacion hidrometalurgica, de acuerdo con los parametros de proceso, y resultado final deseados, necesidad de retiro de hierro o la cantidad de hierro. Preferiblemente, el proceso puede ser usado en combinacion con precipitacion qulmica.

De acuerdo con otro aspecto de la invencion, se suministra un aparato de tratamiento de acuerdo con la reivindicacion 14, para retirar hierro de una solucion acuosa acida que contiene iones ferrosos.

El aparato de la invencion comprende por lo menos un reactor de lecho fluidizado adecuado para la oxidacion de iones ferrosos para dar iones ferricos, y es resistente a la acidez de la solucion que va a ser tratada. Preferiblemente, dicho lecho fluidizado comprende materiales de soporte descritos anteriormente, mas preferiblemente carbon activado, y microbios necesarios para la reaccion de oxidacion, mas preferiblemente bacteria Leptospirillum ferriphilum. Los medios necesarios para la operacion del lecho fluidizado son conocidos en la tecnica previa.

Ademas, en el aparato de la invencion esta presente por lo menos un concentrador para la precipitacion de los iones ferricos desde la solucion para dar materia solida, la cual es recuperada. El concentrador es consistente con la tecnica anterior

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Ademas, el aparato de la invencion comprende medios para la circulacion eficiente de la solucion en el aparato.

Estas partes del aparato son unidades funcionales separadas, donde pueden ajustarse independientemente las condiciones. Asl, cada paso del proceso puede ser ejecutado bajo condiciones que son tlpicas y optimas para dicho paso.

Adicionalmente al reactor de lecho fluidizado, concentrador y medios para la circulacion de la solucion, el aparato comprende tambien medios para el ajuste de pH y mezcla. Ellos estan localizados preferiblemente entre el lecho fluidizado y el tanque de precipitacion. Mas preferiblemente, los medios para mezclar la solucion estan localizados en la unidad para el ajuste de pH.

Los medios para aireacion de la solucion, tales como la unidad de aireacion, estan conectados preferiblemente a la salida del tanque de precipitacion, corriente arriba de cualquier circulacion de la solucion al lecho fluidizado y/o inmediatamente corriente arriba del lecho fluidizado.

El aparato de la invencion es operado preferiblemente de manera continua. En este caso, si es necesario, se retira la solucion circulada, purificada.

Con el proceso y aparatos de la invencion se alcanza un retiro rapido y eficiente de la solucion que va a ser tratada. Elevando el contenido de hierro ferroso en la solucion de alimentacion puede aumentarse la rata de oxidacion de hierro, mientras el ajuste de pH de la solucion de circulacion permite la optimizacion de la precipitacion de hierro ferrico. Ademas, mediante el control de la rata de circulacion de la fase llquida, se logra flexibilidad en el tratamiento de diferentes soluciones de alimentacion.

Con los siguientes Ejemplos se ilustra la invencion, sin querer limitar el alcance de ella.

Ejemplos

En los experimentos de los Ejemplos, se analiza la concentracion de iones ferrosos por medios espectrofotometricos (Shimadzu UV 1601, Japon) para escala de laboratorio y con el instrumento Novaspec II (Pharmacia, Suecia) para experimentos de planta piloto, usando un metodo colorimetrico de orto-fenantrolina. Si es necesario, pueden usarse instrumentos adecuados similares conocidos en la tecnica, para determinacion colorimetrica o espectrofotometrica de absorbancia.

La rata de oxidacion en el lecho fluidizado es calculada como la diferencia entre el contenido de hierro ferroso en la solucion de alimentacion y el efluente del lecho fluidizado, respectivamente, con base en la rata de alimentacion para el volumen de lecho fluidizado de carbon activado.

La concentracion total de hierro disuelto es analizada mediante espectrofotometrla de absorcion atomica (Perkin Elmer 1100 EEUU), y espectrometrla de emision optica (Optima 2100 DV, Perkin Elmer, EEUU). Se calcula la cantidad de hierro ferrico precipitado en g/l, como la diferencia entre las cantidades totales de hierro ferrico en la solucion de alimentacion y efluente, respectivamente. La rata de precipitacion es expresada tambien en g/dla para experimentos de laboratorio. Se calcula la eficiencia de precipitacion como el porcentaje de hierro ferrico de la cantidad total de hierro ferroso en la alimentacion.

Se determinan el pH y el potencial redox usando el instrumento WTW pH 315i (WTW, Alemania), y Orion 3 Star (Thermo), mientras el oxlgeno disuelto es determinado con el instrumento WTW OXI96 (Weilheim, Alemania) y LDO HQ10 (Hach, EEUU).

Si es necesario, pueden usarse instrumentos similares conocidos en la tecnica, adecuados para los ensayos descritos anteriormente.

Ejemplo 1

En experimentos a escala de laboratorio se usa un lecho fluidizado, que comprende carbon activado como el soporte (Calgon Carbon Filtrasorb 200), y biomasa de Leptospirillum ferrophilum que oxida hierro, sobre la superficie del mismo. La temperatura en el reactor es 37°C, el volumen total del reactor de lecho fluidizado es 500 ml, donde durante la fluidizacion el volumen del lecho fluidizado es de 340 ml. El tiempo de retencion en el lecho fluidizado es de dos horas. Se conecta al lecho fluidizado una unidad para ajuste de pH con un volumen de 4.5 l. Despues del tiempo de retencion de 7 min en la unidad de ajuste, se pasa la solucion a la unidad de precipitacion. El volumen de la unidad de precipitacion es 40 l, donde el tiempo de retencion en dicha unidad de la solucion que va a ser precipitada, es de una hora. El aparato es operado de manera continua.

El contenido de ion ferroso en la solucion introducida en el reactor es 14 g/l, la rata de bombeo de dicha solucion al reactor es de 0.17 l/h. La cantidad total de la solucion que pasa a traves del lecho fluidizado es aproximadamente 200 veces mas alta que la de la alimentacion fresca. Se ajusta el pH de la solucion a un valor de 2.8 usando pasta

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de carbonato de calcio acuoso. El potencial redox de la solucion de alimentacion es de 330 a 350 mV.

El rebosamiento de la unidad de precipitacion es pasado a aireacion con aire. Se circula la solucion aireada a la alimentacion del lecho fluidizado.

Como resultado, 99.7% de los iones ferrosos es oxidado a una rata de oxidacion de 7 g de Fe2+/lh, y 96% de los iones ferricos generados son precipitados en forma de jarosita, a la rata de 55 g/dla. El potencial redox de la solucion que abandona el lecho fluidizado estuvo entre 470 y 510 mV, mientras la cantidad de oxlgeno disuelto permanecio en el intervalo de 4.6 ± 0.8 g/l.

Ejemplo 2

Bajo condiciones de planta piloto, se usa un reactor de lecho fluidizado que comprende carbon activado como el soporte (Calgon Carbon Filtrasorb 200), y biomasa que oxida hierro (L. ferriphilum), sobre la superficie del mismo. La temperatura del reactor es 37°C. El volumen total del reactor de lecho fluidizado es 14 l, donde el volumen del lecho fluidizado es de 9.3 l durante la fluidizacion. El tiempo de retencion de la solucion en el lecho fluidizado es de tres horas. Se conecta al lecho fluidizado una unidad para el ajuste de pH con un volumen de 70 l, donde el tiempo de retencion del lodo en dicha unidad es 4.3 min. Desde la unidad para el ajuste de pH, se pasa la solucion a la unidad de precipitacion que tiene un volumen de 2.9 m3, donde el tiempo de retencion de la solucion en dicha unidad es de 2.9 horas.

El contenido de ion ferroso de la solucion introducida en el reactor es 7 g/l, donde la rata de bombeo de dicha solucion al reactor es de 3.2 l/h. La cantidad total de la solucion que pasa a traves del lecho fluidizado es aproximadamente 300 veces mayor que la de la alimentacion fresca. No se ajusta especlficamente el pH de la solucion, donde el valor de pH es aproximadamente 2.3.

Como resultado, 99.8% de los iones ferrosos son oxidados a una rata de oxidacion de 1.9 g de Fe2+/lh, y 85% de los iones ferricos generados precipitan en forma de jarosita.

Ejemplo 3

Con la disposicion experimental del Ejemplo 1, las ratas de oxidacion de iones ferrosos y las eficiencias de oxidacion mostradas en la Figura 2 son logradas cuando el pH de la solucion es ajustado usando CaCO3.

Ejemplo 4

Con la disposicion experimental del Ejemplo 2, se obtienen las ratas de oxidacion de iones ferrosos y las eficiencias de oxidacion mostradas en la Figura 3.

Ejemplo 5

Con la disposicion experimental del Ejemplo 1, con la excepcion de que el contenido de Fe2+ de la solucion de alimentacion varla, y se usan tanto KOH como CaCO3 para el ajuste de pH de la solucion, se obtienen las ratas de oxidacion de iones ferrosos y las eficiencias de oxidacion mostradas en la Figura 4.

Ejemplo 6

Con la disposicion experimental del Ejemplo 1, se obtienen las variaciones de la cantidad de hierro precipitado y eficiencia de precipitacion, respectivamente, mostradas en la Figura 5 en el caso en que el pH de la solucion es ajustado usando CaCO3.

Ejemplo 7

Con la disposicion experimental del Ejemplo 2, se obtienen variaciones en la cantidad de hierro precipitado y eficiencia de precipitacion, respectivamente, mostradas en la Figura 6.

Ejemplo 8

Con la disposicion experimental del Ejemplo 1, con la excepcion de que el contenido de Fe2+ de la solucion de alimentacion varla, y se usan tanto KOH como CaCO3 para el ajuste de pH de la solucion, se obtienen las variaciones en la cantidad de hierro precipitado y eficiencia de precipitacion, respectivamente, mostradas en la Figura 7.

Ejemplo 9

Con la disposicion experimental del Ejemplo 1, con la excepcion de que el pH fue ajustado con hidroxido de potasio, se encontro que el producto precipitado de jarosita estaba principalmente en la forma de jarosita de hidronio y de

potasio, como se determina mediante analisis de difraccion de rayos X. En la figura 8 se muestra el difractograma.

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REIVINDICACIONES

1. Proceso para extraer hierro de una solucion acuosa acida que contiene iones ferrosos, en el que el proceso comprende los siguientes pasos:

(a) introduccion de la solucion de alimentacion acida que contiene iones ferrosos a un reactor de lecho fluidizado, en la que los iones ferrosos son oxidados a iones ferricos, preferiblemente usando microbios, donde se pasa dicha solucion a traves del reactor de lecho fluidizado a una rata de flujo desde 6 a 650 veces comparada con la cantidad de alimentacion fresca cuya rata de flujo es suficiente para una fluidizacion eficiente, y mezcla,

(b) introduccion de la solucion del paso (a), que contiene sustancialmente iones ferricos, a un concentrador en el que de la solucion precipita un compuesto que contiene iones ferricos y azufre, para obtener materia solida, seguido por la recuperacion de la materia solida que contiene iones ferricos y azufre as! obtenidos

en el que el pH de la solucion es ajustado corriente abajo del reactor de lecho fluido y antes del concentrador, en un tanque separado de mezcla a un valor entre mas de 2 y menos de 4.0.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dicha solucion acuosa que contiene iones ferrosos contiene tambien iones sulfato.
3. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, donde la materia solida que contiene iones ferricos comprende un compuesto de azufre que contiene hierro, preferiblemente sulfato ferrico, mas preferiblemente jarosita.
4. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la rata de alimentacion de la solucion fresca introducida en el reactor de lecho fluidizado es por lo menos 0.1 l/h, preferiblemente por lo menos 2.4 l/h, mas preferiblemente por lo menos 4.8 l/h, con maxima preferencia por lo menos 9.6 l/h.
5. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque del paso (b) se obtiene una solucion empobrecida hasta una extension de por lo menos 85% del hierro ferrico y es circulada a la alimentacion del reactor de lecho fluidizado del paso (a).
6. Proceso de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque antes de una nueva introduccion en el reactor de lecho fluidizado en el paso (a), dicha solucion es aireada.
7. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se ajusta el pH de la solucion que es pasada del concentrador, a un valor entre mas de 2.5 y menos de 4.0.
8. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la concentracion del hierro ferroso en la solucion de alimentacion es 30 g/l o menor, preferiblemente entre 3 y 30 g/l, mas preferiblemente entre 3 y 20 g/l, mas preferiblemente entre 9 y 15 g/l.
9. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la rata de oxidacion de iones ferrosos en el lecho fluidizado esta entre 1.0 y 8.5 g de Fe2+ l-1h-1.
10. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque es parte de un sistema para la precipitacion de hierro en una aplicacion hidrometalurgica, preferiblemente en combinacion con una precipitacion qulmica.
11. Aparato para la extraccion de hierro de soluciones acuosas acidas que contienen iones ferrosos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que comprende las siguientes unidades separadas:

(a) por lo menos un reactor de lecho fluidizado para oxidar iones ferrosos para dar iones ferricos; y

(b) medios para el ajuste de pH configurados para ajustar el pH de la solucion obtenida de dicho reactor de lecho fluidizado y pasada a un concentrador, hasta un valor entre mas de 2 y menos de 4.0, y para mezclar dicha solucion, donde dichos medios para ajuste de pH se ubican despues de dicho reactor de lecho fluidizado y antes de dicho concentrador; y

(c) por lo menos un concentrador conectado al reactor de lecho fluidizado, a traves de dichos medios para ajuste de pH, para precipitar dichos iones ferricos desde la solucion, para dar materia solida que sera recolectada; y

(d) medios para la circulacion efectiva de la solucion en el aparato, capaces de suministrar una rata de flujo de 6 a 650 veces comparada con la cantidad de alimentacion fresca.
12. Aparato de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado porque comprende ademas una unidad de aireacion

para la aireacion de la solucion circulada.
13. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado porque dicho reactor de lecho fluidizado comprende ademas medios para oxidar iones ferrosos, donde dichos medios son seleccionados de microbios, preferiblemente L. ferriphilum, sobre material de soporte, preferiblemente carbon activado.