ES2244651T3 - Prceso de lixiviacion bajo presion para la recuperacion de zinc a partir de sulfuros minerales. - Google Patents

Prceso de lixiviacion bajo presion para la recuperacion de zinc a partir de sulfuros minerales.

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Abstract

Proceso de recuperación de zinc a partir de un mineral o concentrado de sulfuro de zinc, que comprende las etapas que consisten en: someter el mineral o concentrado a una lixiviación bajo presión de zinc (18), con una solución de lixiviación ácida (12; 17) que comprende un refinado que lleva hierro resultante de la lixiviación de un segundo mineral o concentrado de sulfuro (14), que contiene al menos alrededor de 15 g/l de hierro en solución, por el que el zinc se solubiliza y el hierro precipita durante la lixiviación bajo presión del zinc para producir una solución de zinc (30) y un residuo de lixiviación sólido (38) que contiene hierro; someter la solución de zinc a una extracción del zinc (54) mediante disolvente para producir un refinado y un licor madre de zinc; y someter el licor madre de zinc a una extracción por vía electrolítica (58) para recuperar el zinc y producir un electrolito gastado resultante.

Description

Proceso de lixiviación bajo presión para la recuperación de zinc a partir de sulfuros minerales.
Esta invención se refiere a un proceso para la lixiviación bajo presión de zinc en un proceso de lixiviación en dos etapas.
Antecedentes de la invención
En las operaciones mineras, tal como la minería de cobre en la que participan sulfuros minerales, el desecho minerales o mineral de baja calidad se separa del mineral de alta calidad el cual es tratado para la extracción de metal, tal como cobre, a partir de
aquél.
El desecho minerales o mineral de baja calidad es también tratado para la recuperación de cobre, por ejemplo por lixiviación del mineral en la escombrera (lixiviación de residuos) para producir una solución de cobre, de la que se extrae el cobre para producir un refinado.
Debido al alto contenido en pirita del desecho mineral y a la oxidación natural de este mineral por el oxígeno de la atmósfera, ayudado por las bacterias naturales, la concentración en hierro del refinado resultante de la lixiviación de este mineral aumenta en el transcurso de muchos años de operación.
Se han hecho intentos para eliminar el hierro de la solución, sin éxito, que resultan en una acumulación de grandes cantidades de solución que contiene hierro ácido.
En consecuencia, es un objeto de la presente invención proveer un método por el que pueda eliminarse el hierro de esas soluciones.
La patente U.S. 4,004,991 describe un proceso para la lixiviación bajo presión de sulfuros minerales que contienen zinc y hierro en solución de SO_{4}H_{2} diluida. La lixiviación bajo presión se lleva a cabo en un proceso a contra - corriente en dos etapas en el cual son lixiviados sulfuros finamente divididos en una primera etapa de lixiviación con solución procedente de la etapa de segunda lixiviación para producir una solución de lixiviación de primera etapa que contiene una alta concentración de zinc y bajas concentraciones de hierro y de SO_{4}H_{2}. La solución de lixiviación de primera etapa se somete a un tratamiento de purificación y entonces se trata por vía electrolítica para recuperación de zinc. El residuo de la primera etapa es lixiviado bajo presión en la segunda etapa con electrólito de retorno del proceso electrolítico.
La patente U.S. 5,993,635 descubre un método para procesar una composición de mineral de sulfuro que al menos parcialmente comprende un mineral que contiene hierro. El método comprende las etapas de a) moler la composición, b) lixiviar la composición con una solución que comprende ácido sulfúrico e iones férricos a presión ambiental mientras se realiza una aspersión con un gas que contiene oxígeno en un reactor de tanque abierto a una temperatura de hasta el punto de ebullición de la solución, c) precipitar el exceso de hierro y separar dicho hierro junto con cualquier material sólido de la solución de lixiviación, d) extraer los iones deseados del metal de la solución de lixiviación por extracción mediante disolvente con un disolvente orgánico, e) devolver el refinado al tanque de lixiviación y mezclar con composición molida adicional, y f) separar los metales de la fase orgánica obtenida en la etapa c) con electrólito y por vía electrolítica.
Otro objeto de esta invención es proveer un proceso alternativo de extracción de zinc en el que puede usarse el refinado que contiene hierro procedente de lixiviación de residuos de escombrera.
Resumen de la invención
La invención provee un proceso para la recuperación de zinc a partir de un mineral o concentrado de sulfuro de zinc de acuerdo con la reivindicación 1 de las reivindicaciones anexas.
De acuerdo a la invención se provee un proceso para la recuperación de zinc a partir de un mineral o concentrado de sulfuro de zinc, que comprende etapas de someter el mineral o concentrado a lixiviación bajo presión con una solución ácida de lixiviado que comprende un refinado que lleva hierro resultante de la lixiviación de un segundo sulfuro o concentrado que contiene al menos alrededor de 15 g/l de hierro en solución para producir una solución de zinc y un residuo sólido de lixiviación que contiene hierro; someter la solución de zinc a una extracción del zinc mediante disolvente para producir un refinado y un licor madre de zinc; y someter el licor madre de zinc a una extracción por vía electrolítica para recuperar el zinc y producir un electrólito gastado resultan-
te.
La solución ácida de lixiviado puede contener 15 g/l o más de hierro y alrededor de 15 a 20 g/l de ácido libre o cerca de 50 g/l de sulfato total, sulfatos combinados de hierro y ácido sulfúrico.
También de acuerdo a la invención se provee un método para eliminar el hierro de un refinado que lleva hierro comprendiendo las etapas de lixiviación bajo presión de un mineral de sulfuro de zinc con dicho refinado que lleva hierro para producir un residuo sólido de lixiviación que contiene hierro y una solución de zinc.
La lixiviación bajo presión se lleva preferentemente a cabo en dos etapas a contra - corriente, comprendiendo una lixiviación de primera etapa para producir la solución de zinc y un residuo intermedio; una lixiviación de segunda etapa en la cual el residuo intermedio es lixiviado con dicha solución de lixiviación ácida que contiene al menos alrededor de 15 g/l de hierro para producir dicho residuo de lixiviación que contiene hierro y una solución de lixiviación que contiene hierro en parte gastada; y realizar la lixiviación de primera etapa con dicha solución de lixiviación que contiene hierro en parte gastada.
Preferentemente, la solución ácida de lixiviación contiene al menos cerca de 30 g/l de hierro.
Aparecerán objetos y ventajas adicionales de la invención a partir de la descripción siguiente de una realización preferente de la invención.
Breve descripción de los dibujos.
Se describe ahora la invención mediante un ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
la figura 1 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de sulfuro de zinc que emplea refinado que lleva hierro a partir de un lixiviado de residuos;
la figura 2 es una hoja de flujo que muestra detalles de una lixiviación bajo presión en dos etapas del proceso de la figura 1; y
la figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra una extracción de cobre mediante disolvente que puede llevarse a cabo como parte del proceso de la figura 1.
Descripción detallada de la realización preferente
Con referencia a la figura 1 que muestra el proceso general, el refinado 12, resultante de la lixiviación ácida de un mineral de sulfuro de baja calidad en una escombrera de mina, por ejemplo mineral de sulfuro de cobre, como se indica en 14, contiene inicialmente alrededor de 40 g/l de hierro, 13 g/l de ácido libre y una pequeña cantidad de cobre, por ejemplo 0,1 g/l. (La concentración ácida se determina mediante análisis volumétrico ácido - base normal a pH 4.)
La lixiviación bajo presión 18 se lleva a cabo en dos etapas a contra - corriente, como se muestra en la figura 2, por ejemplo una primera etapa 24 y una segunda etapa 26. El proceso implica dos autoclaves en modo de contra - corriente con una separación líquido - sólido 28 entre medio de forma que se produzca una solución madre de zinc con una cantidad despreciable de ácido y hierro en la solución, de la primera etapa 24 y un residuo completamente lixiviado 32 de la segunda etapa 26.
Como se indica mediante una flecha 20 en la figura 2, el concentrado de zinc se alimenta a la primera etapa de la lixiviación bajo presión (flecha 22), y es lixiviado usando refinado de hierro parcialmente agotado procedente de la segunda etapa 26, como indica la flecha 34. Como se indica, hay una separación líquido / sólido 36 después de la segunda etapa 26 para separar el refinado parcialmente agotado del residuo 32.
El lodo producto de la primera etapa 24 se filtra (separación líquido / sólido 28) para separar la solución madre de zinc 30 de un concentrado (torta de filtrado) hasta ese momento parcialmente reaccionado (lixiviado) que entonces se somete a la segunda etapa 26 de la lixiviación.
El refinado con hierro 12 del residuo antes mencionado, se alimenta a la segunda etapa 26 de la lixiviación, como se indica por la flecha 17, donde se completa la lixiviación del concentrado parcialmente lixiviado procedente de la primera etapa 24.
El lodo resultante de la segunda etapa 26 se filtra (separación líquido / sólido 36) y el filtrado ahora parcialmente agotado en lo que se refiere a que los contenidos de hierro y de ácido están a niveles reducidos, se recicla a la primera etapa 24 (flecha 34 según se ha indicado antes).
El residuo 32 es el residuo de lixiviación que contiene todo el hierro precipitado como jarosita sólida.
El peso del residuo 32 (torta de filtrado) es aproximadamente el mismo que el del concentrado alimentado original, debido al hierro precipitado reemplazando al zinc que ha sido lixiviado. El zinc residual en el residuo de lixiviación es bajo, típicamente menos del 1%, correspondiendo más del 98% de la recuperación de zinc a la solución.
En adición a la jarosita, el otro subproducto del proceso de lixiviación bajo presión es azufre elemental. La mayor parte del azufre en el concentrado original tratado se convierte a la forma elemental, debido a las condiciones en el proceso de lixiviación bajo presión 18, con oxidación mínima (típica <10%) de sulfuro a sulfato.
Puede usarse lignosol o calcio lignosulfonado como catalizador en pequeñas concentraciones, por ejemplo 0,05 g/l hasta 0,5 g/l para contrarrestar el azufre líquido en el lixiviado bajo presión 18 que puede humedecer partículas de sulfuro no reaccionadas y obstaculizar la reacción completa.
El lixiviado bajo presión 18 es sometido a unos 150º, 100 g/l hasta 300 g/l de sólidos, a presión de 200 psig con 85% de oxígeno en la fase gaseosa (base seca) con una retención de una hora en cada una de las etapas 24 y 26. El hierro soluble presente en la solución de lixiviado actúa como un catalizador durante el lixiviado del zinc bajo presión 18 . El sulfato férrico reacciona con ZnS (sólido) para solubilizar el zinc y se reduce a sulfato ferroso. El hierro ferroso se oxida entonces otra vez al estado férrico.
Después de la lixiviación bajo presión 18, el lodo es llevado rápidamente a presión atmosférica (no mostrado). El vapor resultante de esta bajada de presión puede usarse para precalentar la solución de alimentación para alcanzar la temperatura deseada en la lixiviación bajo presión 18, especialmente si se usa una alimentación con bajo porcentaje de sólidos. Esto puede ser beneficioso para permitir una concentración más baja de hierro en la solución de alimentación.
El tratamiento posterior de la solución madre de zinc 30 de la lixiviación bajo presión 18 se describe ahora con referencia a la figura 1. Debería notarse que la separación sencilla líquido / sólido indicada en 38 que muestra el residuo 32 siendo separado de la solución madre 30, es una simplificación ya que la lixiviación bajo presión 18 se muestra como solamente una etapa en la figura 1.
La solución madre 30, conteniendo ahora 110 g/l de zinc, 0,1 g/l de hierro, de 1 a 10 g/l de ácido libre y 6 g/l de cobre, es sometida en primer lugar a una neutralización 40 con caliza, u otro agente de neutralización, (flecha 42) y opcionalmente en presencia de aire (flecha 44) para eliminar el exceso de ácido y hierro. Esto produce un residuo yeso / hierro 46 el cual se separa de la solución madre 30, 110 g/l de zinc, 0,1 g/l de hierro, de 0 g/l de ácido libre y 6 g/l de cobre, por medio de una separación líquido / sólido 48.
Debe notarse que los valores de las concentraciones de los diversos componentes de los líquidos durante el proceso se han dado a título de ejemplo solamente. En particular, el porcentaje de sólidos en la alimentación a la lixiviación bajo presión 18 puede ser modificado para producir concentraciones más bajas o más altas de zinc y cobre en la solución producto.
Con el fin de hacer más eficiente la extracción de zinc por medio de disolvente, la solución madre 30 de la neutralización 40 se diluye como se indica en 50. Sin embargo, si se desea, puede llevarse a cabo una extracción de cobre por medio de disolvente 52 entre las etapas de neutralización 40 y dilución 50 para recuperar la pequeña cantidad de cobre presente en mineral de residuo original del que se obtiene el refinado de hierro 12.
La extracción de cobre por medio de disolvente 52 produce un extracto cargado de cobre (orgánico) que se elimina como se muestra en 53 en la figura 3 para producir un electrólito madre del que se recupera el cobre por vía electrolítica 55. La eliminación 53 se lleva a cabo con el electrólito gastado reciclado de la electrólisis 55 y el extracto eliminado (orgánico) se recicla a la extracción de cobre por medio de disolvente 52.
La solución madre de zinc 30 (refinado a partir de la extracción de cobre por medio de disolvente 52) conteniendo ahora una cantidad reducida de cobre (por ejemplo 0,3 g/l) se diluye en la etapa de dilución 50 para reducir la concentración a alrededor de 15 g/l (desde el valor original de alrededor de 125 - 130 g/l).
La solución diluida de zinc se somete entonces a extracción de zinc por medio de disolvente que se lleva a cabo en al menos dos etapas.
El refinado de zinc de la subsiguiente primera etapa de extracción de zinc por medio de disolvente 54 se usa como diluyente, como se indica por medio de la flecha 56.
El zinc se extrae de solución madre 30 usando un agente de extracción de zinc adecuado, tal como el ácido dietilhexafosfórico en una concentración en queroseno de alrededor del 20% hasta el 40% para producir un primer refinado de unos 3 g/l de zinc en la primera etapa de la extracción mediante disolvente 54.
La primera etapa de la extracción mediante disolvente 54 produce también un agente extractor cargado de zinc que se elimina y se somete a electrólisis para recuperar el zinc, como se indica en 58, lo mismo que con el cobre como se muestra en la figura 3.
El primer refinado de la primera etapa de la extracción mediante disolvente 54 se somete a neutralización 60 con caliza (flecha 62) para eliminar el ácido libre. La neutralización 60 produce un residuo adicional de yeso 64 el cual se separa del refinado por una separación líquido / sólido 66.
El refinado de la separación líquido / sólido 66 es dividido 10:1 como se indica en 68. La porción mayor (90%) es el refinado neutralizado que se recicla (flecha 56) al que se ha hecho antes referencia.
La porción más pequeña (10%) se somete a una segunda etapa de la extracción de zinc mediante disolvente 70, donde la concentración de zinc de 3 g/l se reduce adicionalmente a cerca de 0,5 g/l, usando el mismo agente de extracción. El refinado de la segunda etapa de la extracción de zinc mediante disolvente 70 se recicla a la solución original de lixiviado de residuos, como se indica por la flecha 72, para completar el ciclo.
Puede verse que el proceso anterior consigue al mismo tiempo dos objetivos, es decir (i) lixivia zinc del concentrado de sulfuro de zinc y (ii) elimina de forma eficiente el hierro soluble del refinado de cobre del lixiviado de residuos.
Aunque se ha representado y descrito en detalle una realización preferente de la presente invención, debería ser entendido que puede hacerse diversos cambios y modificaciones a ella sin separarse del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (12)

1. Proceso de recuperación de zinc a partir de un mineral o concentrado de sulfuro de zinc, que comprende las etapas que consisten en:
someter el mineral o concentrado a una lixiviación bajo presión de zinc (18), con una solución de lixiviación ácida (12; 17) que comprende un refinado que lleva hierro resultante de la lixiviación de un segundo mineral o concentrado de sulfuro (14), que contiene al menos alrededor de 15 g/l de hierro en solución, por el que el zinc se solubiliza y el hierro precipita durante la lixiviación bajo presión del zinc para producir una solución de zinc (30) y un residuo de lixiviación sólido (38) que contiene hierro;
someter la solución de zinc a una extracción del zinc (54) mediante disolvente para producir un refinado y un licor madre de zinc; y
someter el licor madre de zinc a una extracción por vía electrolítica (58) para recuperar el zinc y producir un electrólito gastado resultante.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el cual el refinado que proviene de la extracción mediante disolvente del zinc (70) es reciclado para efectuar la lixiviación del segundo mineral o concentrado de sulfuro.
3. Proceso según la reivindicación 1, en el cual la solución de lixiviación ácida contiene al menos alrededor de 30 g/l de hierro en solución.
4. Proceso según la reivindicación 1, en el cual la lixiviación bajo presión se efectúa en dos etapas a contra - corriente, comprendiendo:
una lixiviación de primera etapa (24) del mineral o concentrado para producir la solución de zinc y un residuo intermedio (28);
una lixiviación de segunda etapa (26) en la cual el residuo intermedio es lixiviado con dicha solución de lixiviación ácida que contiene al menos alrededor de 15 g/l de hierro para producir dicho residuo de lixiviación que contiene hierro y una solución de lixiviación que contiene hierro en parte gastada (36);
realizar la lixiviación de primera etapa con dicha solución de lixiviación que contiene hierro en parte gastada (34).
5. Proceso según la reivindicación 4, en el cual la solución de lixiviación ácida contiene al menos alrededor de 30 g/l de hierro en solución.
6. Proceso según la reivindicación 5, en el cual la solución de lixiviación ácida contiene desde alrededor de 30 g/l de hierro en solución a alrededor de 80 g/l de hierro.
7. Proceso según la reivindicación 1, en el cual la solución de lixiviación ácida contiene desde alrededor de 15 g/l a alrededor de 20 g/l de ácido libre.
8. Proceso según la reivindicación 1, en el cual el electrólito gastado es reciclado hacia la extracción por disolvente del zinc.
9. Proceso según la reivindicación 1, en el cual el segundo mineral de sulfuro comprende un mineral de baja calidad o de residuo contenido en una escombrera de mina.
10. Proceso según la reivindicación 1, en el cual el mineral o concentrado de sulfuro de zinc contiene igualmente cobre, que conduce a que la solución de zinc que proviene de la lixiviación bajo presión del zinc contiene igualmente cobre, y comprendiendo además la etapa que consiste en someter la solución de zinc a una extracción mediante disolvente del cobre (52) antes de la dicha extracción mediante disolvente del zinc (54).
11. Proceso según la reivindicación 1, en el cual el segundo mineral o concentrado de sulfuro contiene cobre, que conduce a que la solución de zinc que proviene de la lixiviación bajo presión del zinc contiene igualmente cobre.
12. Proceso según la reivindicación 11, comprendiendo además la etapa que consiste en someter la solución de zinc a una extracción mediante disolvente del cobre (52) antes de la dicha extracción mediante disolvente del zinc (54).
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