WO2010002235A2

WO2010002235A2 - Reactor electroquímico tipo filtro prensa para la recuperación de valores de oro (au) y plata (ag) en forma de polvo

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Publication number: WO2010002235A2
Application number: PCT/MX2009/000062
Authority: WO
Inventors: Ignacio GONZÁLEZ MARTÍNEZ; José Luis NAVA MONTES DE OCA; Ricardo BENAVIDEZ PÉREZ; Alejandro RECÉNDIZ MEDINA; Edgar Jesús BUTRÓN VARGAS; Carlos Lara Valenzuela
Original assignee: Universidad Autónoma Metropolitana; Servicios Industriales Peñoles, S.A De Cv.
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2010-01-07
Also published as: ZA201100875B; MX2008008671A; RU2011103933A; RU2516304C2; EP2439315A4; WO2010002235A3; EP2439315A2

Abstract

La presente invención relacionado con la industria minera para la recuperación de valores de plata y oro de soluciones provenientes de la lixiviación de materiales mineros; el reactor comprende un compartimiento catódico con un primer electrodo tridimensional de acero inoxidable, donde se lleva a cabo una reacción de electro-reducción de los valores de Ag(I) y Au(I) disueltos en un licor de lixiviación; y un compartimiento anódico donde ocurre una reacción de oxidación, aprovechando de manera conjunta la energía empleada; los compartimientos están separados por una membrana aniónica. La naturaleza y configuración del cátodo permiten generar depósitos en forma de polvo que salen del reactor por efecto de la velocidad del fluido, permitiendo la operación continua del proceso sin la necesidad de abrir el reactor, El reactor de la invención incluye placas de acero inoxidable para soportar los electrodos que permiten una distribución homogénea de la corriente eléctrica sobre las mallas; y tiene además un par de canales de distribución de flujo que permiten la salida de los polvos metálicos electrogenerados.

Description

REACTOR ELECTROQUÍMICO TIPO FILTRO PRENSA PARA LA RECUPERACIÓN DE VALORES DE ORO (Au) Y PLATA (Ag) EN FORMA DE

POLVO

CAMPO DE LA INVENCIÓN.

La presente invención está relacionada con Ia industria minera, en especial, se refiere a un reactor electroquímico tipo filtro prensa para Ia recuperación de valores de oro (Au) y plata (Ag) provenientes de Ia lixiviación de materiales mineros con en el cual en el cátodo, se lleva a cabo una reacción de reducción de los valores de Au(I) y Ag(I) disueltos en un licor de lixiviación; y en el ánodo, una reacción de oxidación, aprovechando de manera conjunta Ia energía empleada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Actualmente Ia recuperación de valores Ag(I) y Au(I) de soluciones acuosas, provenientes del proceso de lixiviación, es llevada a cabo empleando procesos de cementación, donde los valores se reducen sobre cinc metálico. Posteriormente, el material que contiene cinc-Au-Ag es utilizado como ánodo, por un lado, para disolver el oro y plata, de manera selectiva, mientras que en el cátodo se recupera el doré (Au-Ag).

Es importante mencionar que Io que se encuentra documentado para Ia recuperación de oro y plata, proveniente de procesos de lixiviación en reactores electroquímicos, es muy escaso. Sin embargo en un trabajo previo, Ia patente mexicana MX 250,894 (Lapidus-Lavine, 2007), se protege un proce- so que utiliza una electro-oxidación controlada de soluciones de tiourea para formar in-situ un agente oxidante capaz de oxidar y disolver-extraer el oro y Ia plata de minerales que los contengan y Ia recuperación electrolítica de dichos metales en un mismo proceso. No obstante, en ese trabajo sólo se menciona la electro-recuperación de los valores, sin entrar en el detalle de Ia descripción del reactor electroquímico apropiado, como tampoco Ia forma en que se generan los depósitos metálicos.

Se han descrito y se emplean actualmente diferentes celdas electroquímicas (también denominados reactores electroquímicos) que permiten remover metales pesados en solución por electro-depósito tal es el caso de Ia solicitud de patente de los Estados Unidos No. 2008/0006538 (Canales, 2008), dónde se producen depósitos de cobre metálicos provenientes de Ia disolución de minerales que contiene cobre, o bien de soluciones que contienen metales pesados susceptibles de ser removidos. Estos depósitos son generados en celdas por lotes cuya configuración de electrodo es en forma de placa bidi- mensional. Esta geometría de electrodo provee áreas pequeñas en comparación con las ofrecidas por el uso de electrodos tridimensionales.

Otro documento de patente, Ia solicitud de los Estados Unidos No. 2006/0016697 (Stanley, 2006) trata a propósito de Ia generación de cobre metálico a partir de soluciones que contienen Cu(II). Este proceso emplea un reactor electroquímico de lecho empacado de flujo en paralelo, es decir donde el electrolito fluye en paralelo con las líneas de corriente generadas entre el ánodo tridimensional y el cátodo. Esta celda genera el electro- depósito de cobre en forma de polvo, mediante Ia aplicación de una densidad de corriente y Ia inyección de aire que favorece Ia transferencia de masa para formar polvos. Estos polvos se desprenden por gravedad del cátodo y se contienen en el fondo cónico del reactor de escurrimiento. Este reactor tiene Ia limitante de que Ia transferencia de masa tiene que ser asistida mediante Ia inyección de aire, para Ia generación de polvos,

Existen trabajos a propósito de reactores electroquímicos tipo filtro prensa, para múltiples aplicaciones, por ejemplo el trabajo presentado en ia publicación de Ia solicitud de patente internacional WO 2000/50650 (Henry, 2000), emplea esta celda para Ia lixiviación de Mnθ2(s), en Ia que Ia pulpa, que contiene el dióxido de manganeso, que pasa por una malla corrugada, que sirve cpmo ánodo, donde se despoja mpnganesq del óxido, para incorporarlo en su forma iónica a Ia solución. No obstante, en esta celda no se generan depósitos metálicos por electro-reducción. La patente de los Estados Unidos, No. 5536387 (HiII, 1996) trata del uso de un reactor electro- químico tipo filtro prensa equipado con electrodos tridimensionales de titanio corrugado platinizado, con un electrocatalizador de platino soportado sobre titanio, dónde se introducen soluciones de Ag(I) en medios de tiousul- fato y tetrationato, principalmente. Estas especies que contienen azufre son reducidas en el cátodo, formando químicamente sulfuro de plata en Ia solu- ción que además precipita; tampoco en esta celda se generan depósitos de plata por electro-reducción.

La solicitud internacional de patente, WO 2004/079840 (Larson, 2004), por su parte, trata de un reactor electroquímico con electrodo tridimensional de flujo cruzado, para múltiples aplicaciones, entre ellas destaca el electro- depósito de plata de soluciones cianuradas; sin embargo, en este reactor los depósitos de plata quedan adheridos al electrodo tridimensional empleado como cátodo.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN,

El objetivo de Ia presente invención es proveer un reactor electroquímico de tipo filtro prensa para Ia obtención de Au y Ag en forma de polvo, a partir de una solución proveniente de Ia lixiviación de materiales mineros.

Es otro objeto de |a presente invención, proveer de un reactor electroquímico para ia obtención de Au y Ag en forma de polvo, en cuyo cátodo se lleve a cabo una reacción de reducción de los valores de Au(I) y Ag(I) disueltos en un licor de lixiviación.

Es aún otro objeto de Ia presente invención, proveer de un reactor electroquímico para Ia obtención de Au y Ag en forma de polvo; en cuyo ánodo se lleve a cabo una reacción ele oxidación, para Ia recuperación de reactivos,

Es todavía otro objeto de Ia presente invención, proveer de un reactor elee- troquímleo para Ia obtención de Au y Ag en forma de polvo, que permita optimizar el aprovechamiento de Ia energía empleada en ambos compartimientos anódico y catódico de manera conjunta.

Es un objeto adicional de Ia presente invención, proveer de un reactor elec- troquímico para Ia obtención de Au y Ag en forma de polvo, en el cual no se requieran paros del equipo o elementos adicionales, para retirar dicho polvo de los electrodos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a un reactor electroquímico tipo filtro prensa, para Ia recuperación de valores de oro (Au) y plata (Ag) disueltos en una corriente proveniente de Ia lixiviación de materiales mineros, obtenida por ejemplo mediante el empleo de tiourea, siendo un reactor del tipo de flujo cruzado, que comprende un compartimiento catódico y un compartimiento anódico, separados por una membrana amónica, cada uno de los compartimientos incluyendo un electrodo, conformando así una celda electrolítica; los electrodos empleados como ánodo/cátodo son de materiales diferentes, seleccionando en el compartimiento catódico un electrodo compuesto por un apllamlento de mallas de acero inoxidable, para que se produzca una reacción de reducción de los valores metálicos disueltos y en el compartimiento anódico, un material que permita una reacción de oxidación, tal como Ia oxidación de tiourea o bien del agua.

El reactor materia de Ia invención se caracteriza por comprender un cátodo constituido por un apilamiento de mallas de acero inoxidable, que poseen una gran área y que bajo condiciones hidrodinámicas y de densidad de co- rriente controladas, como se describe más adelante, permite obtener depósitos no adherentes en forma de polvo, evitando Ia necesidad de apertura de Ia celda para obtener el producto.

La celda emplea dos canales de distribución de fluido, caracterizados por presentar un ranurado, tanto a Ia entrada como a Ia salida de Ia celda electrolítica, que evitan desviaciones en Ia idealidad de fluido, como son Ia formación de caminos preferenciales, cortos circuitos, recirculaciones, o bien zonas muertas. El buen funcionamiento hidrodinámico dentro de Ia celda garantiza Ia formación de polvo metálico no adherente que tiene Ia característica de salir por efecto de Ia velocidad del fluido.

Para comprender mejor las característica? de Ia invención, se acompaña a Ia presente descripción, como parte integrante de Ia misma los dibujos que se describen a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS.

La Figura 1 es una representación esquemática en una vista frontal del reactor electroquímico tipo filtro prensa de Ia presente invención. Las líneas punteadas mostradas en Ia figura representan Ia distribución del fluido dentro de Ia celda.

La Figura Z ¡lustra una vista explotada del reactor electroquímico tipo filtro prensa materia de Ia presente invención, mostrado sus elementos constituyentes,

La Figura 3a muestra Ia malla empleada en el compartimiento catódico del reactor de Ia invención.

La Figura 3b muestra un detalle de Ia configuración de Ia malla de Ia Figura 3a. La Figura 4 ilustra el distribuidor de fluido empleado @η Ia celda electroquímica.

La Figura 5 es un esquema de un sistema de recuperación de. valores meta- lieos en que se emplea el reactor electroqufmico de tipo filtro prensa de Ia presente invención.

La Figura 6 es una gráfica que muestra el decaimiento de Ia concentración de los metales contenidos en el licor de lixiviación y que son eiectro- reducidos en el compartimiento catódico del reactor electroquímico de tipo filtro prensa, obtenido en el ejemplo de aplicación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a un reactor electroquímico o celda electroquímica, tipo filtro prensa de flujo cruzado denotado en Ia Figura 1 con el numeral (100), que comprende un compartimiento catódico (1 10) y un compartimiento anódico (120), separados por una membrana aniónica (130) del tipo por ejemplo de las membranas comercializadas bajo Ia denominación NEOSEPTA™ (AMX), cada uno de los compartimientos incluyendo un electrodo, conformando así una celda electrolítica y siendo los electrodos empleados como ánodo/cátodo de materiales diferentes. La entrada del fluido se realiza por Ia parte inferior (140) y Ia salida del fluido se realiza por Ia parte superior (150) para ambos compartimientos (1 10), (120) de Ia celda electroquímica (100). En este reactor electroquímico (100), Ia solución circula por cada uno de los compartimientos anódico (120) o catódico (1 10),

Las condiciones, hidrodinámicas óptimas en el cátodo se encuentran com- prendidas entre 500 ≤ Re ≤ 700, donde Re es el número de Reynolds definido como:

_Rc _ ^ud _m siendo u Ia velocidad promedio del fluido, d el tamaño de partícula del electrodo tridimensional, ε Ia fracción vacía, y υ Ia viscosidad cinemática;

en este intervalo de Re se favorece Ia formación de polvos metálicos que se desprenden y transportan hacia fuera de Ia celda por Ia inercia del fluido que Ia atraviesa. Mientras que en el compartimiento anódico el Re se encuentra comprendido entre 100 ≤ Re ≤ 200.

La concentración de oro y plata en Ia solución a tratar debe estar en el orden de 1000 ppm a 50 ppm, ya que fuera de estas condiciones Ia recupera- ción de los valores de Au y Ag deja de ser eficiente.

Es importante resaltar que Ia diferencia en los valores de Reynolds entre los compartimientos catódico (110) y anódico (120), se ha establecido en los valores señalados, ya que bajo estas condiciones se favorece Ia electro- reducción de los metales y Ia reacción de oxidación.

Con referencia a Ia Figura 2, para el compartimiento catódico (1 10) del reactor electroquímico (100) de Ia invención, se selecciona un electrodo compuesto por un apilamiento de mallas de acero inoxidable (230), para que se produzca Ia reducción de Ag(I) y Au(I) en forma de polvos metálicos no ad- herentes y que son removidos por Ia velocidad de fluido que atraviesa Ia celda; y en el compartimiento anódico (120), un material que permita una reacción de oxidación, tal como Ia oxidación de tiourea o bien del agua para formar oxígeno. En Ia Figura 2 se ilustra un reactor (100), que incluye 10 mallas platinizadas de titanio (210) soportadas sobre una placa de titanio (220) igualmente platinizada en adelante referida como "colector a"; 7 mallas de acero inoxidable (230) soportadas sobre una placa de acero inoxidable (240) referido en adelante como "colector b". Tanto el "colector a" (220) como el "colector 1?" (240) favorecen una distribución de corriente homogénea sobre las mallas y a Io largo de Ia celda, Cada compartimiento, anódico (120) y catódico (1 10), incluye un canal de distribución de fluido (250) caracterizado por presentar un ranurado tanto a Ia entrada como a Ia salida de Ia celda que permite una distribución homogénea del fluido a Io largo del canal (250), y un promotor de turbulencia (260) que favorece Ia turbulencia dentro del canal de Ia celda electroquímica evitando con ello que se formen burbujas de aire dentro del sistema que influyan de manera negativa en Ia eficiencia de Ia celda. La geometría de los electrodos empleados en Ia celda (100) favorece Ia generación de micro-turbulencias dentro de Ia celda (100).

La celda (100) también incluye dos placas (270) de polipropileno en cada uno de los extremos, que sirven como bastidor, armazón o chasis, y dos placas frontales (280) de acero inoxidable 316-L que funcionan como soporte estructural. El ensamblaje de Ia celda se hace empleando juntas de neo- preno (290) entre cada par de componentes. El polipropileno y el neopreno han sido seleccionados ya que son químicamente estables a las condiciones termodinámicas de las disoluciones que entran al reactor electroquímico (100).

La división de los compartimientos anódico (120) y catódico (1 10) se hace por medio de una membrana aniónica (130), que sólo permite Ia migración de aniones a través de ella.

Con respecto a Ia Figura 3a, representa una de las mallas de acero inoxidable (230) que se apilan para emplearse cómo cátodo y que se incluye en el alcance de Ia presente invención por mostrar una estructura característica en forma rómbica.

En Ia Figura 3b se presenta en detalle una ampliación de uno de los rombos que característicos que conforman esta malla, denotado con el numeral (300), en donde Ia altura externa (310) del rombo mide 1.6 cm, Ia altura in- torna (320) es de 1 .4 em, el ancho externo (330) e Interno (340) son de 0.8 y 0.6 cm respectivamente, por Io que el espesor del material (350) es de 0.1 cm. El área específica (A_e) que ocupa el electrodo en el canal catódico, definida como

Ae = (área de Ia superficie del electrodo)/(unidad de volumen), es de 320 m2m-³.

La figura 4, muestra el canal de distribución (250) empleado en cada una de los compartimientos, anódico (120) y catódico (110), caracterizado por presentar una ventana (256) en Ia parte interna por donde pasa el fluido a Io largo de Ia celda (100), Este canal de distribución de fluido (250) presenta un ranurado característico a Io ancho de Ia ventana (256) tanto a Ia entrada (252), como a Ia salida (254) del fluido, con un ancho en cada ranura por donde circula el fluido, preferentemente de 1 cm, Io que permite Ia distribución del fluido dentro del canal de manera homogénea.

Ejemplo único: Electro-recuperación de plata (Ag) de un licor de lixiviación de un concentrado minero.

La Figura 5, muestra el circuito hidráulico y eléctrico de un sistema de recuperación de valores, empleando el reactor electroquímico tipo filtro prensa (100) de Ia Invención, donde los tanques de almacenamiento del anolito (510) y catolito (520) son recirculados mediante bombas (530) y (540) a una velocidad de flujo constante, los valores de oro y plata en forma de polvos son recuperados (570) por medio de un filtro (550). Se emplea un rectificador de corriente directa (560) para suministrar corriente al reactor electroquímico (100).

La solución empleada en el ejemplo es un licor que proviene de Ia lixiviación de un concentrado minero, con metales disueltos en las concentraciones y con los parámetros mostrados en Ia Tabla 1. El licor de lixiviación fue previamente filtrado para eliminar las partículas suspendidas en Ia solución. Posteriormente, esta solución fue alimentada al compartimiento catódico de Ia celda electroquímica (100) para Ia recuperación selectiva de los valores de Ag.

Tabla 1 . Parámetros y concentraciones en el l icor de lixiviación del ejemplo, antes de Ia electrólisis.

I n icial

Conductividad /mS orτr¹ 128

Ag, ppm 700

Fe, ppm 440

Zn, ppm 70

Pb, ppm 10

'J = - 100 A m-², A= 0.3 m², Re = 500

La electrólisis fue llevada a cabo en el circuito representado en Ia Figura 5, empleando un reactor electroquímico tipo filtro prensa (100) de acuerdo con Ia invención. Dicho reactor, con referencia a Ia Figura 2, cuenta gen:

• 10 mallas de metal expandido de titanio platinizado (Tl/Pt), con una longitud de 49.8 cm, un ancho de malla de 12.4 cm, con un espesor de 1 mm, empleadas cómo ánodo, con un área total de 0.43 m²; y

• 7 mallas de acero inoxidable, con similares características geométricas, que son empleadas como cátodo, con un área del electrodo de 0.3 m².

Para llevar a cabo Ia electrólisis, se aplicó una densidad de corriente catódica de -100 A m-², con un Reynolds de 500, durante 45 minutos.

En Ia figura 6 se muestra el seguimiento de Ia cinética de recuperación de los valores de Ag(I)₁ en términos de Ia concentración de los iones metálicos presentes, como función del tiempo de electrólisis. Del análisis de esta Figura se observa un decaimiento exponencial de Ia concentración de plata, característico de un proceso controlado por el transporte de masa, que da lugar a Ia generación de plata dendrítica que se desprende del electrodo. Es importante distinguir que lo? otros metales presentes en el licor, no son susceptibles de ser reducidos ya que su concentración se mantiene constante, Esto último pone en evidencia Ia selectividad del proceso de electro- depósito, que se alcanza en los electrodos tridimensionales del reactor de Ia invención, a las condiciones de densidad de corriente y número de Reynolds, seleccionados antes mencionados,

Obsérvese en Ia Tabla 2, que al final de Ia electrólisis el pH de Ia solución, permaneció casi constante, así como Ia conductividad. Por otro lado, es im- portante destacar que el proceso empleado como ejemplo de aplicación de Ia presente invención para Ia recuperación selectiva de los valores de plata y oro, bajo las condiciones experimentales antes mencionadas, hace atractivo el empleo de esta celda electroquímica para Ia electro-generación de polvos metálicos. Esto último evita abrir Ia celda para retirar los metales recuperados.

Tabla 2. Parámetros y concentraciones en el fluido antes y después de Ia electrólisis.

I nicial Al final de Ia electrólisis^*

Conductividad /mS cnv¹ 128 127

Ag , ppm 700 95

Fe, ppm 440 400

Zn , ppm 70 70

Pb, ppm 10 5

Cu, ppm 60 50 pHoat 0,6 0.5

Tcat /⁰C 21 32

* J = -1 00 A m-², A= 0.3 m?, Re = 500 ,

Otra característica que hace atractivo el uso de esta celda electrolítica, es que mientras en el compartimiento catódico se lleva a cabo Ia recuperación de estos metales, en el otro compartimiento se lleva a cabo una reacción de oxidación para Ia generación de algún reactivo de interés, aprovechando de manera global Ia energía eléctrica suministrada en Ia celda,

El reactor materia de Ia presente invención ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en Ia materia pueda reproducir y obtener los resultados que se describen e ¡lustran. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de Ia técnica puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en Ia presente, y si para Ia aplicación de estas modificaciones, se requiere de Ia materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de Ia invención.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E SHabiendo descrita detalladamente nuestra invención, consideramos como novedad y reclamamos como de nuestra exclusiva propiedad Io contenido en las siguientes cláusulas:

1 . Un reactor electroquímico tipo filtro prensa, que comprende un compartimiento anódico y un compartimiento catódico separados por una mem- brana, un primer electrodo que funciona como ánodo dentro del compartimiento anódico y un segundo electrodo que funciona como cátodo dentro del compartimiento catódico, donde dicho reactor es, caracterizado porque emplea para Ia electro^recuperacion de depósitos metálicos no adherentes, a partir de valores de Ag(I) y Au(I), un cátodo tridimensional de meta! expandi- do de acero inoxidable apilado.

2. í-il reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque dicho cátodo tridimensional de metal expandido está constituido por una pluralidad de mallas de acero inoxidable.

3. El reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 2, caracterizado porque el cátodo de metal expandido de acero inoxidable tiene un área específica de 320 m² nrr³.

4. El reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque Ia malla de acero inoxidable empleada en el cátodo presenta una configuración rómbica, donde cada rombo tiene una altura mayor a su ancho,

5. El reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 2, caracterizado porque Ia pluralidad de mallas de dicho cátodo tridimensional de metal expandido son soportadas por una placa de acero inoxidable, que permite una distribución homogénea de Ia corriente eléctrica sobre las ma- Has.

6. El reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque Incluye distribuidores de fluido en cada compartimiento anódieo y catódico de Ia celda, dichos distribuidores de fluido siendo constituidos por un marco que define una ventana central para el flujo del fluido, y donde dicha ventana presenta un ranurado, en el borde inferior o entrada de fluido y en el borde superior o salida del fluido, que produce una distribución homogénea del fluido, y facilita la salida de los polvos metálicos elec- tro-generados.

7. El reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque las condiciones óptimas de densidad de corriente están en el intervalo de 80 < J < 120 A nv².

8. El reactor electroquímico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque para Ia obtención de los polvos no adherentes de Au-Ag, las características hidrodinámicas en el cátodo deben estar dentro del intervalo de 500 < Re < 700.