MXPA01003809A - Un proceso para biolixiviar concentrados de cobre. - Google Patents

Abstract

La presente invención presenta un método para separar cobre de materiales portadores del mismo, que comprende los pasos de:a) someter a un material portador de cobre a una etapa de biolixiviación que involucra a microorganismos oxidantes de hierro/sulfuro para formar una solución biolixiviada que contiene cobre;b) remover al menos parcialmente el cobre separado de la solución al poner en contacto la solución con un solvente orgánico extractor de cobre;y c) reciclar al menos parte de la solución pobre en cobre a la etapa de biolixiviaci

Description

PROCESO PARA LA BIOLIXIVIACIÓN DE CONCENTRADOS DE COBRE CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método y a un aparato para separar y producir cobre a partir de materiales que tienen cobre, particularmente concentrados de cobre que contienen calcopirita y/o sulfuro de cobre de calidad inferior.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El cobre se encuentra presente comúnmente en la corteza terrestre como minerales de sulfuro de cobre y hierro y sulfuro de cobre. Los principales minerales son calcopirita (CuFeS2), covelita (CuS), calcocita (CUS2), bornita (CU5Fe4) y enargita (Cu5AsS5) . La calcopirita es el mineral más común y más importante del cual se extrae el cobre. El cobre también se encuentra en minerales oxidados, incluyendo carbonatos, óxidos e hidroxi-silicatos . Los sulfuros de cobre y hierro no son muy aptos para el tratamiento hidrometalúrgico porque no se disuelven fácilmente en ácidos y álcalis, de modo que predomina la extracción de cobre de estos minerales por medio de técnicas pirometalúrgicas . Esto es particularmente aplicable a los concentrados que contienen el mineral calcopirita. Esta extracción comprende la producción de un concentrado que contiene 25% - 35% de cobre, la fundición del concentrado a una mata fundida rica en cobre, la "conversión" de la mata a cobre blister fundido y la refinación a cobre ultra puro. Normalmente, los concentrados de sulfuros son producidos en el sitio de la mina y tienen que ser enviados a un fundidor. La fundición comprende la fusión del concentrado a temperaturas de aproximadamente 1200°C, dando por resultado la formación de dióxido de azufre y si hay arsénico (As) en el concentrado, trióxido de arsénico. Si los fundidores tratan concentrados con alto contenido de zinc, el zinc se convierte en un vapor que tiene que ser tratado. Los fundidores requieren una alimentación que contiene altas cantidades de azufre para hacer que el procedimiento sea autógeno, de otro modo el procedimiento requiere calentamiento externo que tiene costos prohibitivos. La fundición produce emisiones de S02, que requieren generalmente la conversión a ácido sulfúrico. Esto es costoso, generalmente antieconómico, y en muchas partes del mundo, la venta del ácido sulfúrico es difícil debido al exceso de capacidad de producción.

Adicionalmente , las especificaciones cada vez más severas con respecto al ácido sulfúrico indican que deberá invertirse capital adicional sustancial en la instalación de la planta para cumplir con las normas. Además algunos países han comenzado a expedir licencias para todas las emisiones realizadas a la atmósfera y esto afecta adicionalmente la operación de los fundidores. La calcinación seguida por lixiviación ha sido practicada durante muchos años como un método alternativo de tratamiento de concentrados de alta calidad. Además, la lixiviación a presión usando oxigeno a presiones y temperaturas elevadas ha sido desarrollada más recientemente como una alternativa para tratar concentrados de sulfuro de cobre de alta calidad. Sin embargo, las tecnologías no se aplican generalmente a concentrados de sulfuro de cobre de baja calidad. Los sistemas basados en cloruro, tal como los procedimientos Cuprex e INTEC son sistemas de lixiviación alternativos para tratar concentrados de sulfuro de cobre. Estos procedimientos, si bien son técnicamente factibles, no se han transformado en operaciones comerciales, principalmente debido a su complejidad y dificultades operativas. No son considerados aún alternativas viables con respecto a las tecnologías de procedimiento existentes. Los factores comunes a las tecnologías existentes son: Los altos costos operativos y de capital requeridos para una operación comercial. El alto grado de complejidad y los altos requerimientos de mantenimiento de los procedimientos existentes hacen que la disponibilidad de las plantas sea frecuentemente baja. Se sabe que ciertos microorganismos (es decir, Thíobacillus Ferrooxidans , Thiobacillus Thiooxidans , Leptospirillum Ferrooxidans y Sulfolobus) bajo condiciones ácidas pueden solubilizar al cobre convirtiendo sulfuro de cobre, en presencia de oxigeno, en el anión cobre y en el catión sulfato. Esta técnica de biolixiviación puede ser usada a, o levemente por encima de, la temperatura ambiente, y a presión atmosférica (es decir, no se requieren recipientes de presión) . Bajo condiciones controladas, se pueden extraer hasta 30 g/1 de cobre en solución. La técnica de biolixiviación no es selectiva para el cobre y también solubilizará hierro, zinc, níquel y cobalto. Estos metales, si están presentes en cantidad suficiente, pueden ser extraídos económicamente. El método de biolixi iación ha sido usado en lixiviación en pila de minerales de cobre comercialmente , pero no para concentrados de cobre. En particular, no existe una operación comercial que comprenda el tratamiento de un concentrado que contenga calcopirita.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN El objeto de la presente invención es proveer un método por el cual se puedan separar u obtener metales, especialmente cobre, a partir de minerales que tienen cobre. Un objeto particular de la presente invención es proveer un método de tratamiento para materiales que tienen cobre, particularmente aquellos que contienen calcopirita, y/o aquellos que contienen concentrados de sulfuro de cobre de baja calidad, de manera que minimice los costos de producción y los productos de desecho que no se pueden usar. Teniendo presente este objeto, la presente invención provee, en un primer aspecto, un método para separar cobre de materiales que tienen cobre, que comprende los pasos de someter un material que tiene cobre a un paso de biolixiviacion para formar una solución de biolixiviacion que contiene cobre; extraer por lo menos parcialmente el cobre separado de la solución poniendo en contacto la solución con un solvente orgánico para extraer cobre; y reciclar por lo menos parte de la solución agotada con respecto al cobre al paso de bíolixiviación . Combinando el paso de bíolixiviación con el paso de extracción de cobre y devolviendo la solución al paso de biolixiviacion después que se ha extraído el cobre, se puede extraer cobre del concentrado de cobre a un bajo costo, con un buen rendimiento energético y de una manera efectiva. El material que tiene cobre puede ser particularmente un concentrado, especialmente un concentrado que contiene calcopirita.

Adicionalmente, o alternativamente, el concentrado puede incluir concentrados de cobre de baja calidad que contienen niveles de cobre y azufre que hasta el momento . han sido difíciles de procesar o antieconómicos. Típicamente el concentrado de cobre es un concentrado de sulfuro de cobre que puede contener minerales que contienen cobre. Los concentrados de sulfuro de cobre también pueden contener: sulfuros que contienen hierro (tales como pirita, marcasita y pirrotita), sulfuros de níquel (tal como pentlandita, violarita, millerita), - sulfuros que contienen zinc (tal como esfalerita y marmatita), sulfuros que contienen cobalto, en particular la pirita de sulfuro de hierro que contiene cobalto en la estructura cristalina, - otros minerales (tales como silicatos), oro, plata y minerales que contienen oro y plata (tal como argentita) . El método de la invención puede ser empleado para tratar los concentrados indicados más arriba para producir metales de base no ferrosa tales como níquel, zinc y cobalto y/o sus compuestos. El método puede ser usado para recuperar oro y plata, por ejemplo, en forma de un residuo concentrado que contiene oro y plata. Usando el presente método, un residuo fácilmente desechable, que contiene silicato y hierro compacto puede ser el único producto de desecho, eliminando asi potencialmente , o reduciendo sustancialmente , los productos de desecho tóxicos. El concentrado de cobre, en particular, un concentrado que contiene calcopirita, puede ser molido inicialmente a partículas de tamaño pequeño, para mejorar su área superficial y la proporción de extracción de metal de cobre. Esto puede lograrse en cualquier tipo de molino. En particular, el molido puede lograrse en un molino agitado verticalmente u hori zontalmente . El producto del molino puede tener un tamaño tal que el 90% del producto sea más fino que entre 5 y 45 micrómetros . El procedimiento puede tomar como alimentación, concentrados con un contenido de cobre de 10% a 50% en masa, un contenido de azufre de 10% a 50%, un contenido de hierro de 10 a 50% hasta un límite máximo de todos los productos combinados de 100%. El concentrado puede contener cualquier cantidad de oro y plata. El concentrado puede contener también zinc, níquel y/o cobalto. El procedimiento es particularmente valioso cuando el material que tiene cobre contiene cantidades de zinc mayores de 5% en peso. Tal material o concentrado es difícil de tratar por fundición. El concentrado puede ser 'puesto en contacto con uno o más microorganismos en un recipiente o tanque dispuesto en una o más etapas de biolixiviación . El paso de biolixiviación puede ser realizado bajo condiciones aeróbicas y adecuadamente con agitación. El paso de biolixiviación puede ser realizado también bajo condiciones ácidas y un rango preferido de pH es de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3,0. El paso de biolixiviación puede ser realizado en un rango de temperaturas y tiempos de permanencia. Adecuadamente, la temperatura de la etapa de biolixiviación puede oscilar entre 20°C -90°C. El tiempo de permanencia depende de la alimentación y la concentración de sólidos y puede estar en el rango de 1-8 días. La alimentación es mezclada preferentemente con solución reciclada del paso de extracción con solvente durante el paso de biolixiviación o alternativamente antes del mismo. Los microorganismos pueden ser preferentemente microorganismos que oxidan hierro/azufre denominados termófilos moderados, o termotolerantes , que operan a una temperatura preferida de 40°C - 55°C. Este rango de temperatura se corresponde sustancialmente con el rango de temperatura de crecimiento óptimo de los microorganismos. Los termófilos moderados son denominados a veces Sulfabacillus thermooxidans y pueden contener otros organismos heterot róficos mixtos. Alternativamente, la mezcla puede ser de bacterias aeróbicas Sulfolobus y bacterias similares que tienen una temperatura operativa de 65 - 90°C, denominándose a estas bacterias termófilos extremos. Alternativamente, los microorganismos pueden ser una mezcla de los organismos autotróficos aeróbicos Thiobacillus Ferrooxidans y Leptospirillum Ferrooxidans . El método también puede ser realizado de modo que diferentes microorganismos sean puestos en contacto con el concentrado en diferentes etapas del procedimiento. En una forma de realización preferida, la primera etapa comprende microorganismos denominados termófilos moderados y la segunda etapa comprende termófilos extremos que operan a una temperatura de 70-80°C. En una forma de realización alternativa, la primera etapa puede usar termófilos extremos y la segunda etapa termófilos moderados. Se puede emplear cualquier número de etapas y configuración de etapas que se desee. Las unidades de reactor pueden estar compuestas por uno o más reactores aireados, agitados, que pueden estar conectados en serie o en paralelo. La aireación, con aire u oxigeno, debería ser suficiente para proveer oxígeno adecuado para la oxidación bacteriana, de modo que el nivel de oxígeno disuelto en la lechada puede ser mantenido en un mínimo de 1 parte por millón, pero, preferentemente, a un nivel de 2 partes por millón. Para aumentar la lixiviación bacteriana, se agrega un suplemento de dióxido de carbono con el aire. Este puede estar en el rango de 300-10.000 ppm pero típicamente para mantener un nivel de 1.500 partes de dióxido de carbono en aire. Para reducir los costos, este dióxido de carbono puede ser suministrado del dióxido de carbono liberado durante una etapa de precipitación de hierro, si se usa piedra caliza o carbonato de magnesio para la neutralización. Alternativamente, el dióxido de carbono puede ser obtenido, por lo menos parcialmente, quemando piedra caliza. Si se desea, parte de la lechada de producto (sólidos en solución) puede ser reciclada para aumentar la biolixiviación y mejorar la recuperación de valor metálico. Una forma de realización adicional comprende la situación en la cual se extrae la lechada del reactor, se filtra para separar los sólidos y la solución, se reciclan los sólidos de nuevo a la biolixiviación y la solución es retenida para recuperar el cobre como se describió más abajo. Una opción preferida es también un paso adicional en el cual los sólidos reciclados a la biolixi iación son sometidos a un molido adicional. La lechada puede ser extraída del reactor, sin embargo, es conveniente que si el circuito opera usando dos tipos de cultivo bacteriano en diferentes etapas, la lechada sea extraída y reciclada de un reactor usando un tipo de bacteria a un reactor que usa el mismo tipo de bacteria. También puede ser preferible reciclar selectivamente sólo sulfuros no lixiviados separando los sulfuros no lixiviados del residuo a reciclar y eliminando la cola de flotación. Si es necesario se pueden emplear las configuraciones de enfriamiento/calentamiento. La provisión de nutrientes adicionales con la alimentación sólida, particularmente nitrógeno, fosfatos y potasio, puede aumentar adicionalmente el paso de biolixiviación . El nivel de adición depende de la medida de tales nutrientes en los sólidos de la alimentación original. Sin embargo, típicamente, se ha hallado que la adición de hasta 0,5 g/l de sales que contienen amonio y fosfato acelera la biolixiviación. Un reforzador adicional para ciertos sustratos es la adición de ion ferroso. El ion ferroso, cuando se agrega a la alimentación de la biolixiviación como el sulfato ferroso químico o contenido en el refinado reciclado del paso de extracción con solvente, puede mejorar la biolixiviación reduciendo el potencial redox y así puede ayudar a las extracciones generales de metales. Uno de los inventores ha hallado que el potencial redox de la lechada puede ser un parámetro importante para aumentar la biolixiviación del concentrado de cobre. Por consiguiente, el potencial redox puede ser controlado como parte del procedimiento. Esto se describe en la solicitud de patente sudafricana No. ZA 971307, "A Process for the Leaching of Chalcopyrite" , cuyo contenido se incorpora aquí como referencia. El rango de potencial redox preferido en cada reactor de biol ixiviación es de 400-430 mv (versus Ag/AgCl) . El potencial redox requerido para lixiviar la calcopirita es menor que el requerido para otros sulfuros. El mantenimiento de un potencial redox bajo es un paso clave en el procedimiento. El potencial redox puede ser modificado por un número de mecanismos alternativos: (a) reduciendo la cantidad de aire agregado al sistema de modo que el potencial redox no aumente; (b) aumentando el pH a un nivel alcalino al cual precipitan los hidróxidos de hierro férricos, lo que aumenta la relación entre iones ferrosos y férricos y reduce el potencial redox; (c) agregando el sulfato ferroso, ya sea directamente como una sal o permitiendo que se formen niveles de sulfato ferroso en la solución de descarga de la etapa de extracción con solvente, de modo que se agrega un nivel aumentado. El potencial redox disminuye con un ion ferroso creciente; (d) agregando sustrato de concentrado adicional de modo que se formen cantidades de ion ferroso; y/o (e) manipulando la proporción a la cual los minerales tales como pirrotita o esfalerita, que son oxidados rápida y fácilmente por el hierro férrico y que consumen hierro férrico en el procedimiento, son agregados a los reactores, ya sea que se encuentren en el material de la alimentación o que sean alimentados como corrientes de alimentación separadas . En una forma de realización particular, una mezcla de microorganismos que tienen una temperatura de crecimiento preferida de entre 20°C y 55°C es mezclada ventajosamente con las etapas iniciales del circuito de biolixiviación . La temperatura de la lechada en los reactores se mantiene dentro del rango de temperatura requerido por calentamiento o enfriamiento según sea necesario. Los reactores mencionados en último término usados* en la configuración de reactores de biolixiviación pueden ser operados ccn una mezcla de microorganismos denominados termófilos que operan en el rango de temperatura de 60-80°C. El más conocido de estos organismos es el Sulfolobus. En otra forma de realización, el térmofilo (Sulfolobus) que opera en el rango de temperatura de 60 - 80°C puede ser usado en todas las etapas del circuito de biolixiviación. Si se agrega piedra caliza a los reactores para ajusfar el pH, los hidróxidos de hierro pueden estar contenidos en el residuo de biolixiviación . Además, el sulfato de calcio también estará presente en el residuo cuando se agrega piedra caliza. Cuando el concentrado de cobre contiene oro y plata, estos elementos no serán disueltos normalmente durante la biolixiviación y permanecerán en el residuo. El oro y la plata pueden ser recuperados del residuo usando cianuración u otro método de recuperación de oro estándar. Para realizar la cianuración es necesario retirar t.odo el licor de cobre ácido de los sólidos, lavar con agua y aumentar el pH a 9 o más. La solución de biolixiviación contiene cobre y típicamente, hierro (principalmente férrico pero también puede incluir un poco de ferroso no oxidado), además de cantidades menores de zinc, calcio y magnesio. Una concent ación típica de esta solución puede ser 10-50 g/1 de cobre, 20-50 g/1 de hierro. La cantidad de zinc puede variar dependiendo de los niveles de alimentación. Si la alimentación contiene zinc, y los niveles de zinc en la solución lixiviada son de aproximadamente 1,0 g/1 o mayores, la solución que contiene zinc puede ser sometida a un paso de procedimiento para retirar o extraer el zinc. Esto puede lograrse por extracción con solvente, después de la extracción de cobre usando un reactivo extractor orgánico comercial adecuado; y la remoción de hierro y otras impurezas que pueden interferir con el paso de extracción de zinc con solvente. La solución de biolixiviacion puede ser sometida a un paso de precipitación de hierro, ya que altos niveles de hierro férrico pueden ser perjudiciales para el paso de extracción de cobre con solvente. El hierro puede ser precipitado neutralizando la solución de biolixiviación y típicamente, neutralizada la solución de biolixiviación puede ser a un pH de entre 2,4 y 3.

El paso de precipitación de hierro puede ser realizado en un reactor aireado, bien agitado, y un agente neutralizante adecuado puede incluir cal, piedra caliza, óxido de magnesio o carbonato de magnesio. El pH de la solución de biolixiviación tiene que ser controlado de modo que cantidades mínimas de cobre son co-precipitadas con el hierro férrico. El paso de precipitación de hierro puede ser realizado a temperatura ambiente o temperatura ambiente elevada y típicamente se puede usar un rango de temperatura de 20°C - 90°C. Una ventaja de la mayor temperatura es que el hierro precipita más rápidamente como un hidróxido de hierro rápidamente compacto. Sin embargo, para lograr esto, se requiere un calentamiento externo de la solución y esto puede no ser económico. El tiempo de permanencia requerido en el paso de precipitación de hierro puede depender de la temperatura de reacción. Por ejemplo, a un pH de 2,7, se requiere generalmente un tiempo de permanencia de 2-6 horas. A temperaturas elevadas (es decir, 70°C o más) sólo se requieren 1-2 horas. Alternativamente, el hierro férrico puede ser precipitado operando los reactores de biolixiviación a pH mayor de 2,5. Esta alternativa particular es un nuevo paso para un procedimiento continuo debido a que ninguna referencia ha indicado que es posible operar por encima de pH 2,5. Se puede agregar piedra caliza en polvo al primer reactor de biolixiviación para obtener un pH mínimo de 2,5. El hierro precipita como una forma de hidróxido férrico o ferrihidrita a este pH. Se puede agregar una mayor cantidad de piedra caliza a los otros reactores. Por supuesto, se pueden usar agentes neutralizantes distintos de piedra caliza. La solución de la biolixiviación puede estar a cualquier temperatura entre 30 y 70°C dependiendo del cultivo bacteriano usado en el procedimiento. Si el hierro es precipitado con cal o piedra caliza, se puede formar yeso asi como también el precipitado de hierro. El yeso puede ser usado como un producto químico para agricultura, como el hierro no tiene un efecto perjudicial, este producto puede venderse como un subproducto. Alternativamente, el precipitado de hierro puede ser eliminado en una represa para colas adecuada. La eliminación final puede requerir el aumento del pH a 7 o más, si las reglamentaciones ambientales asi lo requieren. El paso de precipitación de hierro puede ser realizado en una pluralidad de reactores, que pueden estar conectados en serie y cada reactor puede ser equipado con instalaciones de aireación. Como se mencionó más arriba, el dióxido de carbono liberado en el paso de precipitación de hierro puede ser usado en el paso de biolixiviación inicial. El contenido de cobre de la solución de biolixiviación puede ser aumentado por un procedimiento de extracción de 'cobre con solvente. El procedimiento de extracción de cobre con solvente también puede separar cobre de las impurezas remanentes (particularmente cualquier hierro férrico y ferroso residual) . La solución de mayor concentración de la extracción con solvente puede ser usada para extracción electrolítica para producir un cátodo de cobre de alta calidad de grado LME ("London Metal Exchange") con un mínimo de 99,9935% de Cu. El paso de extracción con solvente puede usar reactivos extractores de cobre que se pueden obtener comercialmente , tales como LIX622 y LIX984, y otros reactivos de oxima fenólica. Estos reactivos extractores son diluidos preferentemente con un keroseno de corte fino tal como Shellsol 2046 a concentraciones de entre 10% y 50% del reactivo extractor . El paso de extracción con solvente puede comprender una o más etapas de extracción con solvente en donde el cobre puede ser extraído de la solución de alimentación acuosa. La solución de alimentación acuosa es normalmente ácida para evitar o minimizar la pérdida de cobre y típicamente se usa un rango de pH de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2. El ajuste del pH se realiza como se requiera, antes de, o durante cada etapa. Después de la extracción del cobre en el solvente, la solución remanente (refinado) es devuelta preferentemente al circuito de biolixiviación para mantener la acidez y recuperar el cobre residual contenido en la misma. Si la solución de biolixiviación contiene zinc en cantidad suficiente, entonces se puede emplear una etapa de extracción adicional para recuperar el zinc; esta puede ser por extracción con solvente o por otros medios conocidos en la técnica. Además, si la solución de biolixiviación contiene níquel y/o cobalto, estos metales pueden ser extraídos desviando parte de la corriente de refinado a una etapa de remoción, para su remoción. El exceso de refinado puede ser neutralizado usando cal o piedra caliza, según se requiera, o puede ser usado para lixiviación en pila. Usando el paso de extracción con solvente, se determina que aproximadamente 10-15 g/1 de cobre pueden ser retirados de la solución de alimentación en cada etapa de extracción con solvente cuando se usa LIX984 o LIX622 como un reactivo extractor orgánico en una relación orgánica : acuosa de 3:1 o mayor. Por lo tanto, si la solución de alimentación contiene más de 10-15 g/1 de cobre, se puede requerir una pluralidad de pasos de extracción. Por ejemplo, una solución de alimentación de 25 g/1 de cobre puede requerir por lo menos dos etapas de extracción. Se pueden usar más etapas según se requiera. Se puede extraer el cobre de la solución orgánica poniéndola en contacto con el electrólito usado de una etapa de extracción electrolítica de cobre. Se pueden requerir una o más etapas de extracción para extraer sustancialmente todo el cobre del solvente orgánico. El electrólito de cobre puede ser provisto con una concentración de cobre de 45-65 g/1, y preferentemente 45-60 g/1/ que es una concentración adecuada para la extracción electrolítica de cobre. Una ventaja de la extracción con solvente es que el ácido que es generado puede ser reciclado al circuito de biolixiviación o puede ser neutralizado usando reactivos neutralizantes poco costosos (tales como cal o piedra caliza) . La solución acuosa agotada con respecto al cobre, del o de los pasos de extracción con solvente, puede ser reciclada al paso de biolixiviación. La acidez de la solución reciclada puede ser regulada ajustando el grado de neutralización después del paso de extracción con solvente. Asi, si la biolixiviación es un consumidor de ácido puro, la neutralización de ácido de la extracción con solvente puede ser ajustada para asegurar que no se requiere ácido adicional para adición en la etapa de biolixiviación. Si la solución es reciclada al paso de biolixiviación, puede ser necesario eliminar periódicamente una parte de las impurezas para evitar su formación en el licor del procedimiento. Por lo tanto, se puede proveer una corriente de sangría que eliminará las impurezas. Después de eliminar las impurezas, el licor de la corriente de sangría puede ser reciclado a la biolixiviación si retiene cobre recuperable o ácido utilizable. Alternativamente, la solución resultante puede ser neutralizada para precipitar hierro y otros metales disueltos de la solución. Esto puede lograrse agregando cal, piedra caliza o hidróxido de magnesio a la solución. El precipitado puede ser reciclado luego a la etapa de extracción con solvente para recuperar el cobre. Adicionalmente , una parte de la solución agotada con respecto al cobre, reciclada, puede ser alimentada nuevamente al paso de extracción con solvente para diluir la solución de biolixiviación que ingresa para proveer una concentración de cobre adecuada para la extracción.

La invención provee, en un segundo aspecto, un aparato en el cual se puede realizar el método como se describió más arriba.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Se describirán ahora formas de realización preferidas con referencia a los siguientes dibujos, en los cuales: la Figura 1 es un diagrama de flujo general del procedimiento de acuerdo con una forma de realización de la invención; la Figura 2 es un diagrama de flujo del procedimiento de biolixiviación con la alternativa de reciclar residuo del reactor final cuando se usa solamente un tipo de mezcla de bacterias a una temperatura operativa; y la Figura 3 es un diagrama de flujo del procedimiento de biolixiviación con el uso alternativo de dos tipos de bacterias que operan a diferentes temperaturas; incorporando el reciclado del residuo del reactor final de la primera etapa de biolixiviación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Etapa de biolixiviación El procedimiento puede ser realizado igualmente con la biolixiviación en diferentes configuraciones, siendo todas adecuadas para el procedimiento integrado. Las cuatro configuraciones principales eran: (i) Usar bacterias moderadamente termofilicas en el circuito integrado. (ii) Usar bacterias moderadamente termofilicas junto con la precipitación de hierro en los reactores (Figura 2) . (iii) Usar bacterias moderadamente termofilicas junto con la precipitación de hierro en los reactores y reciclar parte del residuo a la alimentación . (iv) Usar bacterias moderadamente termofilicas como la primera etapa y bacterias extremadamente termofilicas para la segunda etapa de biolixiviación junto con precipitación de hierro en los reactores y reciclar parte del residuo a la primera etapa (Figura 3). (v) Usar bacterias extremadamente termofilicas en el circuito integrado. Cualquier combinación de las configuraciones también se encuentra dentro del alcance de la invención . Con referencia a la Figura 1, una corriente de concentrado 30 de sulfuro de cobre con un contenido de 25% de cobre, 30% de hierro, 1,0% de zinc, 0,1% de cobalto y 40 g/1 de plata fue formada como una lechada en agua 40, después de moler nuevamente 10 (si fuera necesario) para producir una lechada 10% p/p. Se agregaron nutrientes adicionales 50 (con agua y reciclado de refinado, según se desee) para ayudar al crecimiento bacteriano; los mismos eran sulfato de magnesio, sulfato de amonio y ditiofosfato . Las cantidades requeridas pueden variarse como se requiera. Para los casos (i) a (iv) la lechada fue alimentada a un sistema de biolixiviación continuo completo de cuatro reactores R1-R4 (formando Rl, R2 la primera etapa; formando R3, R4 la segunda etapa) con la temperatura controlada a 48-50°C y el pH a 1,6-1,8. El potencial redox se mantuvo entre 380 y 430 mV. En el caso (iv), los reactores R3 y R4 fueron operados a 70°C con pH 1,5-2,5. La aireación se mantuvo a un nivel suficiente para mantener un nivel de oxígeno disuelto en la lechada de 2 partes por millón. En una forma de realización, se usó la adición de dióxido de carbono para mantener un nivel variado de 700-3000 partes por millón en el aire como un suplemento de carbono. En los casos (ii) y (iv) mostrados esquemáticamente en las Figuras 2 y 3, parte del residuo lixiviado 115 es reciclado al paso de separación sólido/líquido ("S/L") de Rl 1100 integrando las etapas de remoción de hierro y residuos . En el caso (v) la lechada fue alimentada a un sistema de biolixiviación continuo completo con la temperatura controlada a 70°C y el pH a 1,5-2,5. Se permitió al potencial redox alcanzar su nivel natural, normalmente en el rango de 550-600 mV . La aireación se mantuvo a un nivel de oxigeno disuelto en la lechada de más de 0,5 partes por millón. En una forma de realización, se usó la adición de dióxido de carbono para mantener un nivel de entre 1700 - 3000 partes por millón en aire como un suplemento de carbono. El volumen del circuito de biolixiviación, en los casos (i) a (iv), fue de 300 litros. Este comprendía cuatro reactores (o cinco según el caso) . El primer reactor tiene un volumen de 150 litros y los tres reactores siguientes tienen 50 litros cada uno. Se prefiere que el primer reactor Rl tenga un volumen mayor que los otros reactores de modo que el tiempo que la lechada permanece en el primer reactor es aumentado en comparación con los otros reactores. En el caso (v) , el volumen del circuito de biolixiviación fue de 50 litros comprendiendo un primer reactor de 2,5 litros y los dos reactores siguientes 12,5 litros cada uno. En los casos (i) a (iv), la lechada fue inoculada inicialmente con una mezcla de bacterias moderadamente termofí licas . La mezcla comprende bacterias con bastones de bacilos que oxidan hierro/azufre y cocos esféricos. El circuito de biolixiviacion funcionó continuamente durante más de un año y no fue necesario volver a inocular los reactores. Las condiciones del circuito fueron alteradas de vez en cuando para probar las diversas modificaciones al circuito integrado. En el caso (v) , la lechada fue inoculada inicialmente con un cultivo termofilico que comprende microorganismos tipo Sulfolobus, grandes, redondos. Las tablas a continuación presentan los resultados de la biolixiviación determinados en un rango de tiempo de permanencia general de 3-8 dias. La extracción general de cobre se encontraba en el rango de 80%-97%, dependiendo del tiempo de permanencia y del tipo de bacteria usado. Para las bacterias moderadamente termofilicas , los datos de extracción de cobre específicos muestran que el 70%-80% de la extracción de cobre ocurrió en el primer reactor. Para las bacterias termofilicas , la extracción de cobre en el primer reactor era generalmente menor de aproximadamente 50%. Los resultados muestran que la biolixiviación del concentrado de cobre era una técnica eficiente y efectiva para solubilizar el cobre .

RESULTADOS DE LA EXTRACCIÓN POR BIOLIXIVIACION CONCENTRADO DE COBRE (25% Cu, 30% Fe, 1% Zn, 0.1% Co) OPCIÓN 1: BACTERIAS TER OFÍLICAS MODERADAS (SIN RECICLADO) PRECIPITACIÓN DE HIERRRO DESPUÉS DE LOS REACTORES OPCIÓN 2: BACTERIAS TERMOFÍLICAS MODERADAS (SIN RECICLADO) PRECIPITACIÓN DE HIERRRO EN LOS REACTORES OPCIÓN 3: RECICLADOS Y BACTERIAS TERMOFÍLICAS MODERADAS Tiempo de Densidad del producto Extracción permanencia (dias) molido (% sólidos) (Cu%) 3 10 80 4 10 94 5 10 95 6 10 96 OPCIÓN 4: RECICLADOS Y DOS TIPOS DE BACTERIAS TERMOFÍLICAS MODERADAS (ETAPA 1) Y TERMOFÍLICAS (ETAPA 2) Etapa de precipitación de hierro - subsiguiente a la biolixiviación Antes de cualquier extracción de cobre con solvente opcional, los sólidos lixiviados 110 que son eliminados o tratados para recuperación de metales preciosos son retirados por separación S/L en 100, y la solución que contiene cobre 120 es sometida a un paso de remoción de hierro. En el paso de remoción de hierro la solución de biolixiviación que contiene 10-30 g/1 de cobre y 10-20 g/1 de hierro fue colocada en un reactor de 100 litros y aireada. Este reactor contenia la solución completa de la operación de un día de la sección de biolixiviación de la planta piloto. La temperatura se mantiene a 70°C y el pH se ajusta a aproximadamente 2,8 usando adiciones de piedra caliza en polvo 150. La adición se realizó lentamente para asegurar que no ocurrieran cambios rápidos en el pH . La precipitación de hierro ocurrió creando una lechada. Después de aproximadamente 3 a 4 horas, se agregó floculante a la lechada y ocurrió una sedimentación de los sólidos en el mismo reactor. El nivel de hierro férrico de la solución se redujo a menos de 1 g/1 con menos de 1% de pérdida de cobre. Aunque permanecen algunos iones ferrosos, esto no afecta a la extracción con solvente. La solución sobrenadante fue retirada del reactor y recogida para extracción con solvente. Los sólidos sedimentados 190 fueron filtrados en un filtro de presión 180 y lavados con agua en el filtro 180 antes de la eliminación 200. El filtrado se agregó al licor sobrenadante para alimentar a la extracción con solvente. La solución combinada es denominada PLS (solución de lechada pregnante) . En el paso de precipitación de hierro, se produce dióxido de carbono. Aunque éste no fue recogido y usado en la planta piloto, el gas C02 puede ser reciclado a los reactores de biolixiviación para ayudar a la biolixiviación.

Etapa de precipitación de hierro - Integrada con la biolixiviacion Antes de cualquier paso de extracción de cobre con solvente opcional, los sólidos lixiviados que son eliminados o tratados para la recuperación de metales preciosos son retirados por separación S/L y la solución que contiene cobre tiene que ser sometida a un paso de remoción de hierro. En el paso de remoción de hierro la solución de biolixiviacion contenia 10-30 g/1 de cobre. La corriente de piedra caliza en polvo 260 fue agregada al primer reactor de biolixiviacion Rl para obtener un pH mínimo de 2,5. El hierro precipita a este pH, una parte del cobre también precipita y las pérdidas son de 0,5 a 2,0% del cobre total. Por consiguiente, en los casos (ii) y (iv) la etapa 140 puede ser omitida, aunque el circuito mostrado en la figura 3 puede incorporar una etapa de precipitación de hierro adicional para el licor 170 de los reactores R3 y R4 , si es necesario. El licor 170 también pasa finalmente a la extracción con solvente .

Extracción de cobre con solvente Después del paso de precipitación de hierro, la solución de biolixiviacion filtrada es sometida a un sistema de extracción de cobre con solvente continuo. Antes de la extracción con solvente, la solución de biolixiviacion da 10-20 g/1 de cobre. El sistema de extracción de cobre con solvente comprende una pluralidad de pasos de extracción de cobre con solvente separados, cuyo número dependerá principalmente de la concentración de cobre en la solución de biolixiviacion (contenido de cobre) . En el primer paso El, la solución de biolixi iacion es sometida a extracción con un solvente orgánico que comprende 33% de LIX622 en Shellsol 2046. En el primer paso, el contenido de cobre fue reducido de 12 g/1 de cobre en la alimentación a 4 g/1 y luego en la segunda etapa, E2, a menos de 1 g/1 en el refinado (la solución de biolixi iacion remanente) . El solvente orgánico es separado del refinado debido a la diferencia de gravedad especifica del solvente y la solución y debido al hecho de que el solvente orgánico no se mezcla con la fase (acuosa) de la solución. El solvente orgánico cargado L5 es extraído en las etapas de extracción SI y S2, siendo el líquido de extracción el electrólito de cobre devuelto 400 de la extracción electroquímica en el paso. El solvente extraído es reciclado nuevamente a través del sistema de extracción de cobre con solvente. La solución de biolixiviacion neutralizada resultante (es decir, refinado 310,50) es reciclada de nuevo al paso de biolixiviacion. Como el reciclado del refinado dará por resultado niveles de impurezas aumentados, se provee una corriente de sangría 315. La corriente de sangría 315 puede ser tratada para eliminar los metales disueltos de la solución; también es adecuada para la recuperación de níquel y cobalto si estos se encuentran presentes en el refinado en cantidades económicamente recuperables . El procedimiento de extracción con solvente se realizó durante entre diez y veinticuatro horas por día durante más de seis meses. Las condiciones operativas para el período eran dos etapas de extracción circuitos paralelos operando con dos extractos (El, E2) y dos etapas de extracción (SI, S2) . El caudal PLS era de 100 litros/día. Otras condiciones eran: Temperatura operativa: 40°C. Reactivo extractor orgánico 33% LIX622. Electrólito de extracción 35-40 g/1 cobre 160-180 g/1 H2S04 Tiempo de permanencia: 2 minutos por etapa. Modo operativo: orgánico continuo. pH: 0,5 a 2 (ajuste antes de cada etapa como se requiera ) . Los resultados indican que el contenido de cobre fue reducido secuencialmente de 10-30 g/1 en la alimentación a 1 g/1 en dos etapas. La extracción de cobre con solvente de las soluciones de biolixiviación provee un método económicamente atractivo para recuperar el cobre en las soluciones de biolixiviación en un electrólito de cobre adecuado para la extracción electrolítica de cobre.

Extracción electrolítica de cobre Se almacenaron fuertes soluciones electrolíticas 330 de la etapa de extracción con solvente que contenían 40-50 g/1 Cu y 140-180 g/1 de H2SO4 en recipientes calentados antes de la extracción electrolítica por metodología convencional en la etapa de extracción electrolítica 500. El producto cobre 510 es exportado. Las soluciones fueron bombeadas a través de la celda de extracción electrolítica de manera continua durante 10 horas. La operación fue detenida cuando el contenido de cobre del electrólito usado alcanzó 35 g/1 de cobre. Se agregó sulfato de cobalto al electrólito para reducir la corrosión de plomo. En resumen, la extracción electrolítica de cobre proporcionó un método eficiente para recuperar cobre de las soluciones de electrólitos producidas en las operaciones de las unidades de extracción de cobre con solvente. Se podrán realizar diversos otros cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente invención.

Claims (20)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un método para separar cobre a partir de materiales que tienen cobre, que comprende los pasos de: (a) someter un material que tiene cobre a un paso de biolixiviacion que implica microorganismos que oxidan hierro/azufre para formar una solución de biolixiviacion que contiene cobre; (b) extraer por lo menos parcialmente el cobre separado de la solución poniendo en contacto la solución con un solvente orgánico para extraer cobre; y (c) reciclar por lo menos parte de la solución agotada con respecto al cobre al paso de biolixiviacion.
2. 2. El método según la reivindicación 1, en donde el material que tiene cobre es un concentrado de cobre .
3. 3. El método según la reivindicación 2, en donde el concentrado de cobre es un concentrado de calcopirita .
4. 4. El nétodo según la reivindicación 2 ó 3, en donde el concentrado de cobre contiene metales de base seleccionados del grupo que consiste de níquel, zinc y cobalto.
5. 5. El método según la reivindicación 4, en donde el concentrado de cobre comprende además metales preciosos en estado natural o mineral.
6. 6. El proceso según la reivindicación 1, en donde el material que tiene cobre contiene <5% en peso de zinc.
7. 7. El método según la rei indicación 1, en donde el paso de biolixiviación se conduce por etapas múltiples .
8. 8. El método según la reivindicación 7, en donde se utiliza un microorganismo diferente en cada etapa .
9. 9. El método según la reivindicación 6 ó 7, en donde la temperatura de la etapa de biolixiviación varia entre 20°C y 90°C.
10. 10. El método según la reivindicación 1, en donde los microorganismos se seleccionan de un grupo que consiste de termófilos moderados y termófilos extremos .
11. 11. El método según la reivindicación 8, que comprende dos etapas, en donde la primera etapa implica termófilos moderados y la segunda etapa implica termófilos extremos.
12. 12. El método según la reivindicación 8, que comprende dos etapas, en donde ambas etapas implican termófilos extremos.
13. 13. El método según la reivindicación 10, en donde la biolixiviación implica microorganismos aeróbicos que requieren una fuente de oxigeno a la cual se agrega un suplemento de dióxido de carbono.
14. 14. El método según la reivindicación 1, en donde el ion ferroso se agrega a la solución de biolixiviación.
15. 15. El método según la reivindicación 6, en donde se utilizan termóf8ilos extremos en todas las etapas .
16. 16. El método según la reivindicación 6, en donde la solución de biolixi iación se trata por extracción de zinc.
17. 17. El método según la rei indicación 1, en donde la solución de biolixiviación se somete a una etapa de precipitación de hierro.
18. 18. El método según la reivindicación 17, en donde la precipitación de hierro se conduce en un rango de temperatura de 20°C a 90°C.
19. 19. El método según la reivindicación 17, en donde el hierro férrico se precipita mediante la operación de reactores de biolixiviación a pH de >2.5.
20. 20. El método según la reivindicación 1, en donde un producto de la solución de electrólito de cobre de la extracción del solvente se somete a extracción electrolítica en una pluralidad de celdas a las cuales se ha agregado sulfato de cobalto.