BRPI0712845A2 - processo para melhorar as separaÇÕes de fases em circuitos de extraÇço de solvente. - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA MELHORAR AS SEPARAÇÕES DE FASES EM CIRCUITOS DE EXTRAÇçO DE SOLVENTE. A presente invenção refere-se à adição de um cristal de sal de metal compatível à solução orgânica que está entrando no misturador ou misturadores na etapa ou etapas de extração do solvente e/ou na etapa ou etapas de separação, ou à mistura de emulsão da solução orgânica e da solução aquosa no misturador(es), ou à mistura da solução orgânica e da solução aquosa em um tanque(s) de decantação, em seguida aos misturadores na(s) etapa (5) de extração do solvente e/ou na(s) etapa(s) de separação em seguida à lixívia dos valores de metal a partir do minério que contém aquele(s) valor(es) em uma solução aquosa e antes do refino adicional daqueles valores nos processos, tais como a eletroextração, durante as operações de mineração com relação àqueles valores de metal com a finalidade de melhorar a separação de fases da fase orgânica e da fase aquosa, e para promover a remoção de contaminantes a partir da fase orgânica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA MELHORAR AS SEPARAÇÕES DE FASES EM CIRCUITOS DE EXTRAÇÃO DE SOLVENTE"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este Pedido de Patente reivindica prioridade sob a 35 U.S.C. § 119(e) do Pedido de Patente U.S. Provisória No. 60/804.866, depositado em 15 de junho de 2006, o conteúdo total do qual é incorporado aqui, neste pe- dido de patente, por referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção.

A presente invenção refere-se à separação de fases de uma fa- se orgânica a partir de uma fase aquosa nas etapas de extrações de solven- te e de extração, em seguida à lixiviação dos valores de metal do minério que contêm aquele/aqueles valor (es) em uma solução aquosa, e antes do refino adicional daqueles valores em processos, tais como eletroextração, durante as operações de mineração com relação aqueles valores de metal. Antecedentes e Técnica Relacionada.

A maioria dos metais em forma elementar é obtida a partir de minérios nos, quais eles são encontrados primeiro por lixiviação dos miné- rios minados que contêm aqueles metais como compostos variados ("valo- res de metal") com a finalidade de dissolver os respectivos valores de metal em uma solução aquosa. A solução aquosa que contém agora os valores de metal em forma diluída, junto com diversas impurezas, tais como ferro e/ou outros minerais (conhecida Omo a "solução de lixívia grávida" ou "PLS") po- de em seguida, por exemplo, ser posta em contato, no método amplamente praticado de extração com solvente, através de uma solução orgânica con- tendo um reagente extrator, que pode se complexar com os valores do metal desejado e puxar os mesmos a partir da solução de lixívia para dentro de uma fase orgânica não aquosa. Através da utilização de um ácido de força apropriada, os valores de metal podem ser em seguida extraídos de volta para fora da fase orgânica para dentro de outra fase aquosa, a qual pode ser usada como um eletrólito para uma etapa de eletro deposição, ou "eletro extração", na qual a forma elementar do metal pode ser capturada.

Nas operações de lixívia de cobre, por exemplo, ácido sulfúrico em uma solução aquosa é posto em contato com um minério que contém o cobre, o ácido é consumido e o conteúdo de cobre é introduzido/aumentado na solução aquosa. O cobre em uma solução aquosa de ácido sulfúrico dilu- ída é em seguida comumente extraído em um processo de extração com solvente, através de um extrator com base em oxima em um solvente orgâ- nico de acordo com a reação química:

[2R-H]org + [CU2+ + S042-]aq <=> [R2Cu]org + [2H+ + SO/jaq (1),

na qual R-H- é o extrator de oxima. A solução aquosa resultante (também conhecida como um "refinado"), agora exaurida em cobre e enriquecida em ácido sulfúrico, é retornada para a etapa de lixiviação para a lixiviaçâo adi- cional dos compostos de cobre a partir dos minérios extraídos.

Em seguida, através do contato da fase orgânica rica em cobre, em uma etapa de "extração" com uma solução aquosa (também referida como "eletrólito fraco" ou "LE"), tendo uma concentração alta o bastante de ácido sulfúrico, a reação química acima (1), pode ser revestida. O cobre, que tinha sido carregado sobre o reagente de oxima no meio orgânico durante a etapa de extração do solvente, pode ser reextraído dentro de outro meio a- quoso (também referido como um "eletrólito forte" ou "RE") que então tem uma concentração relativamente alta de cobre e um nivelo baixo de ácido sulfúrico.

A solução de eletrólito rico é em seguida submetida a um pro- cesso de eletroextração em uma "tankhouse" na qual a solução rica de ele- trólito é passada através de uma célula eletrolítica entre um ânodo e um cá- todo. O potencial elétrico entre os dois eletrodos faz com que o cobre se de- posite sobre a superfície do cátodo como o metal cobre, e é gerado o ácido sulfúrico. A solução aquosa agora exaurida do cobre (agora o eletrólito ma- gro) é tipicamente reciclada de volta para a etapa de extração para de novo extrair o cobre do meio orgânico, e em geral o metal de cobre de alta quali- dade é removido a partir do cátodo, com a eficácia de uma corrente elétrica elevada. Um fator-chave na operação com sucesso de um processo de extração de solvente é a capacidade de separar rapidamente as fases aquo- sas e orgânicas a partir uma da outra, tanto nas etapas de extração e de remoção. Em cada etapa, a fase orgânica e a fase aquosa fluem para dentro de um misturador no qual elas são completamente e continuamente mistura- das para a formação de uma emulsão, operando tanto de forma continua de uma maneira "aquosa contínua" na qual a fase orgânica é distribuída em gotículas finas na fase aquosa, ou em uma maneira "orgânica contínua", na qual a água é distribuída como gotículas finas dentro da fase orgânica. O tempo de retenção em ambas as etapas de misturação é tipicamente de um a três minutos, permitindo um tempo suficiente para o cobre ser transferido entre as respectivas fases. Em seguida à misturação em ambos os casos, a emulsão resultante em seguida flui para dentro de uma câmara de separa- ção, o tanque de decantação - tipicamente de um formato retangular, no qual o tempo de permanência é tipicamente de cinco até oito minutos.

Na medida em que a emulsão entra no interior do tanque de de- cantação, o fluxo é cortado e distribuído por igual através da largura do tan- que por meio de uma da variedade de estilos de "estacadas", cada estilo da qual se ajusta através da largura do tanque, e tem orifícios projetados com cuidado periodicamente ao longo do seu comprimento através dos quais a emulsão pode fluir para dentro da área do tanque principal. Tipicamente, a estacada é projetada com a finalidade de que existam de cinco a oito centí- metros a mais do nível do líquido no lado da entrada do que no lado da saí- da. A separação das fases começa a ocorrer quase que imediatamente na entrada do tanque de decantação, e as fases continuam para baixo no tan- que de decantação, e o processo de separação continua até ser completado.

Na medida em que a separação de fases tem lugar, pode-se ob- serva a formação de uma fase orgânica transparente, uma faixa de disper- são ou de emulsão, e uma fase aquosa transparente. Na medida em que caminha ao longo do comprimento dos tanques de decantação, a largura e a profundidade da faixa de dispersão ou de emulsão se contrai e o tamanho das fases transparentes aumenta. Dependendo do número, natureza e quantidade de contaminantes presentes nas fases orgânica e aquosa, bem como da temperatura e de outros fatores, a separação das fases pode não chegar a ser completada em cada um dos tanques de decantação. Nesses casos, a faixa de dispersão permanece bastante espessa através de todo o tanque ou tanques de decantação, e, na medida em que a faixa transparente sai do tanque ou dos tanques essas fases também podem transportar junto um pouco da emulsão a partir da faixa da dispersão. Se isso ocorre na pri- meira extração, ou na etapa "E1", na qual a fase orgânica parcialmente car- regada entra em contato com a PLS que está entrando, uma parte da fase aquosa pode ser transportada para dentro da etapa de separação, ou se isso ocorrer na etapa de separação, resultará na transferência das impure- zas no PLS para dentro do eletrólito. Isso também pode resultar na perda de diluente orgânico e do reagente de extração no refinado que está saindo a partir de uma etapa e em um aumento nos custos de operação, por razões óbvias.

Em uma quantidade de operações comerciais, uma solução desse problema de separação de fases ineficientes tem sido o de adicionar vários quilos de uma argila, tal como a Filtrol 1 (disponível da Engelhard), ao misturador tanto nas etapas de extração do solvente como na etapa de se- paração. Infelizmente, embora efetiva em ocasionar o colapso da faixa de dispersão e aumentar a separação de fase, a adição de argila resulta na formação de uma acumulação de impurezas, uma solução estabilizada sóli- da e problemática. Tipicamente a acumulação de impurezas é formada em algum grau em todos os circuitos, porém a formação de acumulação de im- purezas adicional em cada uma, muito menos em ambas as etapas de ex- tração e de separação é indesejável.

A acumulação de impurezas ocupa lugar no tanque de decanta- ção tornando a decantação menos eficiente em termos da separação de fa- ses. A acumulação de impurezas deve ser periodicamente removida em um custo de mão-de-obra, e a remoção do mesmo resulta na perda de extrato- res e diluentes orgânicos caros. Aém disso, alguns sólidos êm que ser trans- feridos para dentro do eletrólito, ocasionando depósitos irregulares de cobre sobre os cátodos, aumentando dessa forma o número de catodos rejeitados com relação às considerações de qualidade e/ou reduzindo o valor pelos quais o cátodo pode ser comercializado.

Descobriu-se agora de forma surpreendente que o uso de argila pode ser efetivamente substituído através da adição de cristais de um sal de metal (como por exemplo, sulfato de cobre em um processo de extração de cobre, sulfato de níquel ou sulfato de níquel amônio em um sistema de sol- vente de extração de níquel e assim por diante) a uma mistura das fases aquosa e orgânica em cada um ou em ambos os misturadores nas etapas de extração do solvente e/ou de separação. A adição dos cristais do sal de metal resulta em um colapso efetivo da faixa de dispersão, e também pode promover o recolhimento dos contaminantes a partir da fase orgânica na medida em que ela interfaceia com a faixa de emulsão, tornando aqueles contaminantes mais fáceis de serem removidos. Os cristais do sal de metal se dissolvem na fase aquosa e não contribuem para a formação da acumu- lação de impurezas, como acontece com a argila, e os íons de metal (isto é, cobre, níquel) adicionados não são perdidos, podem ser recuperados no processo de extração com solvente.

Os cristais de sulfato de cobre podem ser obtidos com facilidade através da tomada de uma pequena porção do PLS que está ingressando e processando o mesmo através de uma pequena instalação de extração de solvente projetada para a recuperação de cristais de sulfato de cobre a partir da solução de separação. Isso é uma tecnologia que é comercialmente prá- tica em uma quantidade de pequenas instalações.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção está direcionada à adição de um cristal de sal de me- tal compatível aos tanques ou tanque de misturação e/ou aos tanques ou tanque de separação na etapa ou nas etapas de extração e/ou de separação do solvente no processo de extração e separação do solvente em uma ope- ração de mineração com a finalidade de melhorar a separação de fases da fase orgânica e da fase aquosa, e para a promoção da remoção de contami- nantes a partir da fase orgânica. De preferência, o sal de metal é um sal cujo ânion é o mesmo como aquele presente na solução aquosa de alimentação. Também de pre- ferência, o cristal do sal de metal é um sal solúvel do metal que está sendo extraído no processo, porém em alguns casos, o metal pode ser o sal da impureza de metal típica, tal como, por exemplo, de ferro no caso da recupe- ração de cobre. Nesse caso, o sulfato de ferro poderia ser um sal de metal aceitável em uma concentração razoável. Os cristais do sal de metal são adicionados de preferência à fase orgânica que está entrando no misturador tanto na etapa de extração como na de separação, porém eles podem tam- bém ser adicionados diretamente à mistura no misturador ou a emulsão re- sultante das duas fases no tanque de decantação, e podem ser adicionados tanto em fase de batelada como de modo contínuo, com a utilização de e- quipamento-padrão projetado para a alimentação de sólidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A invenção proporciona um método para melhorar a separação de fases entre a fase orgânica e a fase aquosa nos tanques de decantação, seguida da etapa de extração do solvente e/ou da etapa de separação em um processo que envolve a extração de valores de metal a partir de solu- ções aquosas de lixívia que contenham o valor de metal. Nesses processos, as soluções orgânicas, que contenham pelo menos um reagente de extração de metal, se complexa com e transfere pelo menos uma parte do valor de metal a partir da solução aquosa para dentro da solução orgânica de extra- ção. O processo compreende a adição de um "sal de metal compatível" à solução orgânica que está ingressando em um misturador na etapa de ex- tração do solvente e/ou na etapa de separação que se segue, ou a mistura de emulsão resultante no misturador de cada uma ou de ambas as etapas, ou à mistura das duas fases em um tanque de decantação, seguida de cada uma ou de ambas as etapas de misturação.

Por um "sal de metal compatível" é significado um sal que não interfira materialmente com a extração, eletroextração ou com outra ou ou- tras partes do processo total de recuperação do metal específico que está sendo recuperado. Em um processo para a recuperação de cobre, um sal de metal compatível pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em sulfato de cobre, sulfato de ferro, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio, sulfato de sódio, e uma mistura de dois ou mais dos mesmos. O sulfato de cobre, sulfato de ferro ou uma mistura dos mesmos são de preferência com o sulfato de cobre sendo o de maior preferência, como em um tal processo, por exemplo, um cátion de níquel pode ocasionar dificuldades na etapa de eletroextração. Para a recuperação de níquel, um sal de metal compatível pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em sulfato de níquel, sulfato de amônio de níquel, hidróxido de níquel, carbonato de níquel e uma mistura de dois ou mais dos mesmos, com o sulfato de níquel, o sulfato de amônio de níquel ou uma mistura dos mesmos sendo preferencial. Para a recuperação de urânio, molibdênio ou ouro, um sal compatível pode ser o sulfato de sódio.

O sal de metal compatível está de preferência na forma de partí- culas sólidas (como por exemplo, cristais) ou uma polpa aquosa do sal, de mais preferência na forma de cristais. No entanto, em alguns casos, o sal pode estar em uma forma amorfa. Quando o sal sólido particulado está na forma de um pó, as partículas estão de preferência em tamanhos que variam a partir de partículas muito finas ou partículas grandes, de mais preferência incluindo partículas não maiores do que um centímetro de diâmetro. Ainda de mais preferência, o sal está na forma de um pó fino, com uma mistura de partículas que tenha um tamanho médio de 5 mm ou menos, e de mais pre- ferência que tenham um tamanho médio de 2 mm ou menos.

Um sal de metal compatível compreende uma mistura do sal cristalino e um eletrólito saturado do íon de metal a ser recuperado. Para a recuperação de cobre, uma polpa de sal poderá de preferência compreender cristais de sulfato de cobre em um eletrólito saturado de cobre, que pode ser produzido convenientemente no local através de processos conhecidos. O sal de metal compatível é adicionado à solução orgânica que está ingres- sando em um misturador da etapa de extração de solvente e/ou da etapa de separação, ou à mistura de emulsão resultante no misturador, ou à mistura das duas fases em um tanque de decantação, em seguida a etapa de extra- ção e/ou de separação do solvente. A prática de preferência é a de adicionar o sal cristalino sólido diretamente à emulsão da fase aquosa e à fase orgâni- ca no misturador. A adição do sal de metal diretamente a uma fase aquosa irá resultar provavelmente em uma dissolução muito rápida do sal de metal, o que poderia provavelmente reduzir a efetividade na separação de fases.

O sal de metal compatível pode ser adicionado de forma contí- nua, ou de forma em batelada, e pode ser adicionado na medida em que necessário, por exemplo, com base na observação da faixa de emulsão no tanque de decantação, ou periodicamente, por exemplo, com base na quan- tidade do fluxo orgânico ou na quantidade de cobre que está sendo produzi- da. O sal de metal pode ser adicionado diversas vezes por dia (de 4 até 100 vezes por dia) ou em uma base contínua.

O sal de metal compatível é adicionado, de preferência, em uma quantidade de 1 kg de sal por 50 toneladas do metal que está sendo produ- zido, e de mais preferência em uma quantidade de 1 kg de sal por 0,1 a 5 to- neladas do metal que está sendo produzido, porém 1 kg de sal por 0,05 to- nelada de cobre produzido pode ser suficiente. Por exemplo, para a produ- ção de cobre, o sal de metal (como por exemplo,o sulfato de cobre) pode ser adicionado em quantidades de até 0,5 g de Cu/litro de fluxo orgânico (2 kg de sulfato de cobre por metro cúbico de solução orgânica); de preferência 0,00025 até 2 g/litro de fluxo orgânico; de mais preferência 0,0005 até 1 g/litro de fluxo da solução orgânica; e de maior preferência de 0,001 até 0,5 g/litro de fluxo de solução orgânica. Colocados em termos de taxas de con- centração do sulfato de cobre adicionado, de 2 a 20 ppm de sólidos aquosos solúveis (como por exemplo, o sulfato de cobre) em um fluxo de solução or- gânica tem um efeito significativo. Usualmente a transferência de cobre em uma solução orgânica varia a partir de 1,0 até 10 g/litro de Cu, em que, 5 ppm de sólidos (por exemplo, o sulfato de cobre) é equivalente a 1 kg de sais por 0,2 até 2 toneladas de cobre produzido.

No caso da adição do sulfato de cobre no processo de recupera- ção do cobre, um grande excesso do sal de cobre de preferência pode ser usado, na medida em que o sulfato de cobre irá aumentar a produção de cobre.

O exemplo que se segue é destinado somente a ilustrar a prática da invenção e não para limitar a natureza ou o escopo da invenção.

Exemplo

Em uma planta comercial de extração de solvente, a proporção de orgânico para aquoso no tanque misturador de extração de solvente foi de 1,14 para 1, e o misturador estava operando o orgânico de forma contínua.

O fluxo orgânico foi de 149 m3/hora e o fluxo de PLS foi de 130 m3 por hora. A planta é configurada com duas etapas de extração (E1) e (E2) em série e uma etapa de separação. A fase orgânica separada entra na unidade de Extração E2 onde ela é posta em contato com a fase aquosa do metal parcialmente extraído a partir da unidade de extração E1. A fase orgâ- nica parcialmente carregada sai da unidade E2 e é transferida para a unida- de E1 na qual ela é posta em contato com o PLS que está entrando. A fase orgânica sai da unidade E1 como uma fase orgânica carregada, que em se- guida continua através de um tanque de agitação do orgânico para a extra- ção. Antes da adição dos cristais de sulfato de cobre, a profundidade da fai- xa de dispersão em frente da estacada no tanque de decantação E1 era de cm, e a profundidade na parte central do tanque de decantação por trás da estacada era de 6 cm. 1,5 kg de cristais de sulfato de cobre foram adicio- nados à barragem orgânica E2, a partir da qual a fase orgânica flui direta- mente para o misturador E1. Dentro de 5 minutos, a faixa de dispersão foi reduzida a partir de 25 cm para 2 cm na parte da frente da estacada, e a ze- ro na parte central do tanque de decantação. O efeito durou aproximada- mente 30 minutos, e em seguida a faixa da fase começou se formar de novo. Os cristais de sulfato de cobre foram de novo adicionados à fase orgânica E2, resultando em outro colapso da faixa de dispersão. Através de compara- ção, a prática atual com argila insolúvel ou material equivalente adicionado aos misturadores nas plantas comerciais pode durar a partir de 19 até 120 minutos.

Claims (8)

1. Método para aperfeiçoar a separação de fases em um pro- cesso para a recuperação de um metal a partir de uma solução aquosa que contém o metal, com uma solução orgânica que contém pelo menos um rea- gente de extração de metal, em que pelo menos uma parte do metal tenha sido extraída dentro da solução orgânica em uma etapa de extração com solvente, o método compreendendo a adição de um sal de metal compatível à solução orgânica que está ingressando em um ou mais misturadores em uma etapa de extração com solvente, e/ou uma etapa de separação seguida da etapa de extração com solvente, ou a uma mistura de emulsão da solu- ção aquosa e da solução orgânica no misturador ou misturadores, ou a uma mistura das duas soluções em um tanque de decantação em seguida a um misturador(es).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, no qual o metal a ser extraído é o cobre, e o sal de metal compatível é selecionado a partir do grupo que consiste em sulfato de cobre, sulfato de ferro, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio, sulfato de sódio e uma mistura de dois ou mais mem- bros do grupo que consiste em: sulfato de cobre, sulfato de ferro, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio, sulfato de sódio.

3. Método de acordo com as reivindicações 1 e/ou 2, caracteri- zado em que o metal a ser extraído é o níquel, e o sal de metal compatível é selecionado a partir de um grupo que consiste em sulfato de níquel, sulfato de amônio de níquel, hidróxido de níquel, carbonato de níquel, e uma mistu- ra de dois ou mais membros do grupo sulfato de níquel, sulfato de amônio de níquel, hidróxido de níquel e carbonato de níquel.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado em que o metal é urânio, modibdênio ou ouro, e o sal de metal compátivel é sulfato de sódio.

5. Método para o aperfeiçoamento da separação de fases em uma etapa de extração ou etapa de separação em uma extração e separa- ção com solvente a partir de uma solução aquosa que contém cobre, com uma solução orgânica contendo pelo menos um reagente de extração de cobre, em que pelo menos uma parte do cobre tenha sido transferida para dentro da solução orgânica, o método compreendendo a adição de um sal de metal, selecionado a partir do grupo que consiste em sulfato de cobre, sulfato de ferro, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio, sulfato de sódio e uma mistura de dois ou mais membros do grupo que consiste em sulfato de cobre, sulfato de ferro, sulfato de alumínio, sulfato de magnésio, sulfato de sódio, à solução orgânica que está entrando em um misturador na etapa de extração e/ou na etapa de separação, ou a uma mistura de emulsão da so- lução orgânica e da solução aquosa no misturador, ou à mistura da solução orgânica e da solução aquosa em um tanque de decantação em seguida ao misturador.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado em que o sal de metal é selecionado a partir do grupo que consiste em sulfato de cobre, sulfato de ferro, sulfato de sódio e uma mistura dos mesmos.

7. Método de acordo com as reivindicações 5 e 6, caracterizado em que o sal de metal é o sulfato de cobre.

8. Método para o aperfeiçoamento da separação de fases na extração de níquel a partir de uma solução aquosa que contém níquel em uma etapa de extração com solvente, com uma solução orgânica contendo pelo menos um reagente de extração de níquel, em que pelo menos uma parte do níquel tenha sido transferida para dentro da solução orgânica, e/ou em uma separação do níquel a partir da solução orgânica em uma etapa de separação, o método compreendendo a adição, durante a separação da fase aquosa a partir da fase orgânica seguida da etapa de extração do solvente e/ou da etapa de separação, de um sal de metal selecionado a partir do gru- po que consiste em sulfato de níquel, sulfato de amônio de níquel, hidróxido de níquel, carbonato de níquel, sulfato de sódio e uma mistura de dois ou mais dos membros de um grupo que consiste em sulfato de níquel, sulfato de amônio de níquel, hidróxido de níquel, carbonato de níquel, sulfato de sódio, à solução orgânica que está ingressando em um misturador, seguida da etapa de extração do solvente e/ou da etapa de separação, ou à uma mistura de emulsão da fase orgânica e da fase aquosa no misturador, ou a mistura da fase orgânica e da fase aquosa em um tanque de decantação em seguida ao misturador.