ES2295867T3 - Proceso de recuperacion de metales de valor a partir de materiales que contienen oxidos de metal de base. - Google Patents
Proceso de recuperacion de metales de valor a partir de materiales que contienen oxidos de metal de base. Download PDFInfo
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Abstract
Proceso para el tratamiento de un mineral de laterita, en el que el mineral de laterita contiene por lo menos un óxido de metal de base en el que el mineral de laterita es lixiviado a un pH de hasta 3 con un agente lixiviante, en el que el agente lixiviante comprende ácido clorhídrico y por lo menos una sal de cloruro que contiene cationes con un número de hidratación superior al del hidrógeno para producir un lixiviado, la concentración de iones cloruro es superior a aproximadamente 4, 5 moles del cloruro total/litro de agente lixiviante y la relación molar de cationes con un número de hidratación superior al del hidrógeno con respecto a la cantidad de ácido clorhídrico en el agente lixiviante es de entre aproximadamente 0, 15 y aproximadamente 4, 5.
Description
Proceso de recuperación de metales de valor a
partir de materiales que contienen óxidos de metal de base.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la lixiviación de metales de valor a partir de
materiales oxídicos y en particular a partir de un mineral
laterítico de níquel. Por consiguiente, el proceso puede utilizarse
para recuperar níquel, y cobalto (en caso de encontrarse presentes)
a partir de los minerales limonita y saprolita. El proceso de
lixiviación también puede ejecutarse para inhibir la lixiviación del
magnesio o, de manera alternativa, para lixiviar una cantidad
seleccionada de magnesio.
Ha habido un gran interés en el procesado de
minerales lateríticos de níquel en los últimos años, con los
proyectos de Australia del Este, los de Minara Resources
(anteriormente Anaconda Nickel) en Murrin Murrin, Preston Resources
en Bulong, la planta Cawse (propiedad ahora de OMG), y el proyecto
BHPBilliton's Ravensthorpe Project, conjuntamente con el proyecto
Inco's Goro Project en Nueva Caledonia, como principales
ejemplos.
Todos los procesos puramente hidrometalúrgicos
desarrollados hasta la fecha para el procesado comercial de
minerales lateríticos de níquel han empleado un medio de sulfato,
siguiendo el proceso original desarrollado y ejecutado por Moa Bay
en Cuba desde 1959, tal como describen Chalkley y Toirac (Chalkley.
M.E. and Toirac, I.L., "The acid leach process for nickel and
cobalt laterite. Part 1: Review of operations at Moa" in Nickel
Cobalt 97, Volumen 1, Hydrometallurgy and Refining of Nickel and
Cobalt, I. Mihaylov and W.C. Cooper, Editors, Proceedings of the
27th Annual Hydrometallurgy Meeting of CIM, CIM, Montreal, Agosto
1997, p 341). Estos procesos han tratado de optimizar un proceso de
lixiviación por presión de diversas maneras, tal como describen Ness
y Hayward (V.H. Ness and N.L. Hayward, Nickel Laterite Processing:
Second Generation Design Problems, Preimpresión de SME
01-65, Encuentro Anual de SME, Denver, CO, Febrero
26-28, 2001). Sin embargo, el ácido sulfúrico es
monoprótico a las temperaturas empleadas (entre 240ºC y 280ºC), y
por tanto debe añadirse dos veces la cantidad anticipada de ácido
para efectuar la lixiviación. Cuando la presión en el sistema se
reduce hasta la presión atmosférica para un procesamiento
adicional, el ácido vuelve a la forma biprótica y de esta manera
debe neutralizarse una cantidad considerable de ácido libre. Se han
investigado diversos esquemas para superar esta dificultad,
incluyendo el procedimiento propuesto por BHP Minerals International
en la patente estadounidense US nº 6.261.527, emitida el 17 de
Julio de 2001, en el que se utiliza una proporción del mineral
saprolita para neutralizar el ácido en exceso. Este procedimiento
está siendo seguido por BHPBillition en Ravensthorpe.
Las ventajas generalmente promovidas para
utilizar una lixiviación con ácido por presión en el sistema de
sulfato son materiales comunes de construcción, y el control
efectivo y eficiente del hierro. Sin embargo, el sistema es
ineficiente en el tratamiento de una alimentación que tiene unos
valores de magnesio significativos, lo que es una característico de
los minerales lateríticos saprolíticos de níquel. Se obtiene una
solución de sulfato de magnesio, que puede cristalizarse y a
continuación tostarse con el fin de recuperar el ácido sulfúrico.
Sin embargo, este es un proceso costoso, que requiere tanto una
máquina de tostación como una planta de ácido sulfúrico para
convertir el gas de dióxido de azufre generado en la etapa de
tostación de nuevo en ácido sulfúrico. Los procesos de sulfato se
analizan extensamente en la solicitud de patente internacional PCT,
WO 02/08477 de Lalancette.
Se han propuesto diagramas de flujo de cloruro
para el tratamiento de minerales lateríticos de níquel, tal como
describen por ejemplo Gibson y Rice (Gibson, R.W. and Rice, N.M.,
"A hydrochloric acid process for nickeliferous laterites"
Nickel Cobalt 97, Volumen 1, Hydrometallurgy and Refining of Nickel
and Cobalt, I. Mihaylov and W.C. Cooper, Editors, Proceedings of
the 27th Annual Hydrometallurgy Meeting of CIM, CIM, Montreal,
Agosto 1997, p 247). Este artículo describe la lixiviación en ácido
clorhídrico, en el que se disuelve una gran proporción del hierro,
y la recuperación del hierro mediante extracción de solvente y
pirohidrólisis, siguiendo técnicas practicadas en la industria del
decapado de acero. El valor y el tonelaje de los productos de hierro
comparado a los del níquel convierten el proceso desde el punto de
vista económico poco atractivo. Moscony et al., proponen una
variación del proceso en la patente estadounidense US nº 5.718.874,
emitida el 17 de febrero de 1998, en la que se emplea la extracción
de solvente para separar los valores de hierro y níquel.
Demarthe et al., proponen en la patente
estadounidense US nº 4.435.368, emitida el 6 de marzo de 1984, un
proceso en el que una suspensión de un material de alimentación es
tratada con gas de cloro para oxidar y solubilizar todos los
metales de base presentes.
Gandon et al., describen en la patente
estadounidense US nº 3.661.564, emitida el 9 de mayo de 1972, un
procedimiento para tostar un mineral de laterita con ácido
clorhídrico, seguido de la lixiviación para solubilizar los
cloruros del níquel y del cobalto.
Las patentes canadienses 1023560 y 1.013.576
describen unos procedimientos de recuperación de níquel y cobalto a
partir de minerales lateríticos de níquel mediante la reducción
selectiva del mineral seguido de la lixiviación con HCl y un
tratamiento con gas de cloruro respectivamente. Estos procesos
tienen que soportar la desventaja de tener que lle-
var a cabo una etapa de reducción selectiva previamente a la lixiviación, lo que requiere un gran consumo de energía.
var a cabo una etapa de reducción selectiva previamente a la lixiviación, lo que requiere un gran consumo de energía.
En la patente estadounidense US nº 4.378.275 de
Adamson et al., emitida el 29 de marzo de 1983, se describe
un proceso para la recuperación de valores de metal no ferrosos a
partir de un material de sulfuro que contiene metal que contiene
por lo menos uno de entre zinc, cobre, plomo, cobalto, níquel, plata
y oro, así como hierro. El material de sulfuro es lixiviado bajo
condiciones oxidantes con una solución lixiviante de cloruro acuosa
acídica relativamente diluida que contiene cloruro de magnesio. Las
condiciones oxidantes que se describen utilizan oxígeno molecular
en forma de aire, aire enriquecido con oxígeno y oxígeno puro. A
pesar de que se considera posible la lixiviación a presión
atmosférica, resulta preferente ejecutar la etapa de lixiviación
bajo presiones parciales elevadas, es decir, bajo condiciones de
lixiviación por presión. Resulta preferente la utilización de
temperaturas elevadas, es decir, por lo menos de entre
aproximadamente 50ºC y aproximadamente 250ºC, resultando
preferentes temperaturas en un intervalo de entre 100ºC y 180ºC. El
periodo de lixiviación es de entre aproximadamente 5 minutos y
aproximadamente 12 horas. La cinética del proceso indica una
necesidad de utilizar periodos muy largos de lixiviación a las
temperaturas más bajas y a presión atmosférica, y los presentes
solicitantes han verificado que esto es así. Se ejemplifica la
lixiviación por presión, utilizando oxígeno, de un mineral de
Zn/Cu/Fe que contiene niveles muy bajos de níquel a 160ºC. En el
proceso, se solubilizan valores de metal no ferroso, dejando el
óxido de hierro y el azufre como residuos. Aparentemente el óxido
de hierro es goetita, y se conoce que la misma requiere elevadas
temperaturas (es decir, por encima del punto de ebullición) para
tener unas tasas de formación razonables (< 4 horas). La goetita
es también notoriamente difícil de manejar en la posterior etapa de
separación de sólido/líquido. El licor de lixiviación se somete a
una extracción de líquido-líquido utilizando un
agente de extracción hidrofóbico. El refino, que contiene cloruro
de magnesio y cualquier sulfato formado durante el proceso de
lixiviación, se somete a pirohidrólisis para obtener cloruro de
hidrógeno y óxido de magnesio. A continuación se retiran los
sulfatos lavando el óxido de magnesio formado, que contrarresta la
mayoría de las ventajas de formar óxido de magnesio mediante
pirohidrólisis.
pirohidrólisis.
Duyvestein et al., en la patente
estadounidense US nº 5.571.308, emitida el 5 de noviembre de 1996,
describen un proceso de lixiviación en pila que utiliza ácido
clorhídrico para la recuperación de níquel a partir de unos
minerales de laterita de Ni-Fe-Mg
con alto contenido de magnesio, retirándose el hierro mediante
pirohidrólisis como Fe_{2}O_{3}. Lalancette, en la solicitud de
patente internacional PCT, WO 0208477 indicada anteriormente,
reivindica que las recuperaciones de níquel y cobalto a partir del
proceso de Duyvestein son pobres. Lalancette argumenta
adicionalmente que la pirohidrólisis de la solución de cloruro de
hierro-magnesio de la patente estadounidense US nº
5.571.038 produciría una mezcla de hematita y oxicloruro de
magnesio. El oxicloruro de magnesio es insoluble y no puede
desprenderse de la hematita. Además, el proceso de la patente
estadounidense US nº 5.571.308 presenta muchas etapas, y es una
manera costosa de procesar el hierro asociado al níquel en los
minerales lateríticos.
En la solicitud de patente internacional PCT, WO
02/08477, Lalancette describe un procedimiento para la recuperación
de níquel y cobalto, así como magnesia, hematita y cromo en un
sistema cloruro. El mineral es lixiviado en un ácido clorhídrico
gaseoso muy fuerte, y a continuación se proponen dos procedimientos
para el tratamiento de licor y la recuperación de metal. En el
proceso de lixiviación, Lalancette reivindica que se disuelve más
del 85% del hierro y del magnesio. El hierro se recupera utilizando
una forma modificada de tostación mediante spray a aproximadamente
200ºC, y a continuación se desprenden las sales de níquel/cobalto de
los sólidos. Este procedimiento requiere un gran consumo de
energía, requiere diversas etapas de procesamiento, y presenta
problemas inherentes con respecto al mantenimiento de un equilibrio
de agua.
Puede utilizarse amoniaco como un agente
lixiviante para la laterita, tal como describe Caron (Caron, M.H.
"Fundamental and practical factors in ammonia leaching of nickel
and cobalt ores" J. Metals 67 (1950) Trans AIME 188(1) p
91) y es utilizado comercialmente, por ejemplo, por Queensland
Nickel en Australia y Nquel Tocantins en Brasil. Sin embargo, este
proceso requiere una etapa de tostación de reducción inicial para
reducir los óxidos de metal a una forma metálica para la
lixiviación mediante amoniaco, que requiere un gran consumo de
energía y proporciona una baja recuperación del cobalto. Una
desventaja adicional del amoniaco es que las aguas residuales
contienen nitrógeno lo que no es medioambientalmente aceptable. Con
el fin de reducir el nivel de nitrógeno en las aguas residuales
hasta niveles aceptables, puede utilizarse la extracción por vapor.
Sin embargo, la extracción por vapor requiere un gran consumo de
energía.
En resumen, ninguno de los procesos
desarrollados o propuestos hasta la fecha es capaz de manejar
económicamente y técnicamente el hierro y el magnesio encontrado en
los minerales lateríticos de níquel manteniendo unas elevadas
recuperaciones de metal. Los procesos basados en sulfato requieren
bajas alimentaciones de magnesio, no reciclan el ácido, y funcionan
a altas temperaturas (de entre 240ºC y 280ºC) y presiones. El
proceso basado en amoniaco requiere una etapa de pretostación
costosa, y además presenta una recuperación de cobalto limitada.
Cualquier cantidad de magnesio disuelta en el proceso es también un
problema y es costoso trata con ello.
No hay procesos basados en cloruro funcionales
conocidos para el tratamiento de minerales lateríticos de níquel.
Se han propuesto una serie de procesos, pero estos o bien (i)
requieren una etapa de pretratamiento como la tostación para dejar
el hierro relativamente inerte, o bien (ii) provocan una elevada
disolución de hierro y por consiguiente incurren en una etapa para
manejar el hierro disuelto, costosa. También se producen unos
elevados niveles de extracción de magnesio, simultáneamente con la
del hierro, resultando en un alto consumo de ácido y restricciones
de procesado aguas abajo debido a los altos niveles de magnesio en
la solución.
De acuerdo con la presente invención, los
minerales lateríticos de níquel son tratados con un agente
lixiviante para obtener una lixiviado que contiene unos metales de
base solubilizados presentes en el mineral laterítico de níquel,
tales como níquel, cobalto, manganeso, cobre, aluminio, zinc y cromo
y un residuo sólido que contiene hierro. La lixiviación es llevado
a cabo bajo condiciones en la que por lo menos, parte del hierro, y
preferentemente todo o prácticamente todo el hierro que es
lixiviado a partir del mineral es hidrolizado y precipitado como
hematita y/u óxido de hierro magnético, y no geotita. El lixiviado
resultante puede contener solamente cantidades residuales de
hierro, por ejemplo, el lixiviado puede contener menos de 10 g/L,
más preferentemente menos de 1 g/L, y lo más preferentemente menos
de 1 mg/L de hierro. El mineral lixiviado puede contener pequeñas
cantidades de hierro que no es lixiviado (por ejemplo, menos del 5%
en peso, preferentemente menos del 1% en peso y lo más
preferentemente menos del 0,1% en peso del hierro originalmente
presente en el mineral). Por tanto, la lixiviación puede ser
llevada a cabo para aislar, o por lo menos para prácticamente
aislar, hierro de los metales de base restantes en el lixiviado.
Por consiguiente, una ventaja del presente proceso es que, en
prácticamente una única etapa, son lixiviados los metales de base a
partir de minerales lateríticos de níquel y se lleva a cabo un
primer nivel de separación debido a la formación de hematita y/u
óxido de hierro magnético. Controlando las condiciones de
lixiviación tal como se indica en la presente memoria, el lixiviado
resultante puede tener un contenido de hierro seleccionado.
Preferentemente, el contenido de hierro se selecciona con el fin de
facilitar la recuperación aguas abajo de los valores de metal en el
lixiviado y las condiciones de lixiviación se ajustan para producir
el contenido de hierro seleccionado.
La hematita y/o el óxido de hierro magnético,
como el espinelo, producido mediante esta etapa puede separarse
mediante cualquier medio conocido en la técnica, como por ejemplo
mediante la separación magnética o mediante la filtración por
vacío. Por consiguiente, una ventaja adicional de la presente
invención es que puede producirse un residuo sólido con una
concentración elevada de hierro y tratarse posteriormente para
recuperar hierro mediante etapas de procesamiento conocidas en la
técnica.
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención, la lixiviación del mineral laterítico de níquel se lleva
a cabo para controlar la cantidad de magnesio que es lixiviada a
partir del mineral. Por ejemplo, la lixiviación puede llevarse a
cabo bajo condiciones en las que ninguna parte o prácticamente
ninguna parte del magnesio en el mineral, es lixiviada. De manera
alternativa, el proceso puede diseñarse para producir magnesio como
producto. En tal caso, el magnesio en el mineral puede utilizarse
como una fuente de cationes utilizados para preparar el agente
lixiviante. El agente lixiviante consumido puede tratarse para
recuperar el magnesio lixiviado a partir del mineral como, por
ejemplo, óxido de magnesio. Por consiguiente, otra ventaja de la
presente invención es que el magnesio se encuentra presente en el
agente lixiviante en una forma que puede recuperarse fácilmente si
se desea.
Otra ventaja de la presente invención es que los
metales de base que son solubilizados en el agente lixiviante
pueden recuperarse secuencialmente, como por ejemplo mediante una
serie de precipitación, extracción de solvente, intercambio de
iones, pirohidrólisis y/o etapas de electroextracción con el fin de
producir una corriente de producto que contiene una alta
concentración de níquel y una corriente de producto que contiene una
alta concentración de cobalto. Por consiguiente, las corrientes de
producto pueden procesarse para obtener níquel y cobalto de
categoría comercial así como otros metales de base.
Otra ventaja de la presente invención es que el
agente lixiviante puede regenerarse fácilmente. En una forma de
realización preferente, el agente lixiviante utiliza cloruro de
magnesio y ácido clorhídrico. Un vez que se han recuperado los
metales de valor a partir del agente lixiviante, parte del agente
lixiviante o todo el agente lixiviante puede reciclarse para la
etapa de lixiviación sin tratamiento o con un tratamiento mínimo.
Además, el ácido puede regenerarse en una etapa de pirohidrólisis,
que también produce un óxido de magnesio relativamente puro como
producto.
Una ventaja adicional de la presente invención
es que el proceso puede tratar mezclas de saprolitas con un bajo
contenido en hierro y limonitas con un alto contenido en hierro y
obtener buenas recuperaciones de níquel. Las saprolitas y las
limonitas frecuentemente se producen conjuntamente en yacimientos de
minerales lateríticos de níquel, tales como los de Guatemala. Una
mezcla de estos minerales no puede tratarse de manera económica
mediante las tecnologías actuales. Los minerales lateríticos de
níquel con un bajo contenido en hierro típicamente se tratan
mediante un proceso de fundición pirometalúrgico, que requiere un
gran consumo de energía, mientras que los minerales lateríticos de
níquel con un alto contenido en hierro en dichos yacimientos se
eliminan o se almacenan.
De acuerdo con una forma de realización de la
presente invención, se proporciona un proceso para el tratamiento
de un material que es un mineral de laterita que contiene por lo
menos un óxido de metal de base en el que el material es lixiviado
con un agente lixiviante que comprende ácido clorhídrico y por lo
menos una sal de cloruro que contiene cationes con un número de
hidratación superior al del hidrógeno para producir un lixiviado,
la concentración de iones cloruro es superior a aproximadamente 4,5
moles del cloruro total/litro de agente lixiviante y la relación
molar de cationes con un número de hidratación superior al del
hidrógeno con respecto a la cantidad de ácido clorhídrico en el
agente lixiviante es de entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente
4,5.
En una forma de realización, el catión se
selecciona de entre un grupo que consiste de metales alcalinos,
metales alcalinotérreos, hierro férrico, hierro ferroso, cobre
cuproso, cobre cúprico, y mezclas de los mismos.
En otra forma de realización, el catión se
selecciona de entre un grupo que consiste de sodio, calcio, potasio,
litio, magnesio, hierro férrico, hierro ferroso, cobre cuproso,
cobre cúprico, y mezclas de los mismos.
En otra forma de realización, previamente a
entrar en contacto con el material, el catión esencialmente consiste
de magnesio. Por ejemplo, el catión en el agente lixiviante
reciclado que es alimentado al reactor esencialmente consiste de
magnesio.
En otra forma de realización, al final de la
etapa de lixiviación, por lo menos el 25% en peso del catión es
magnesio. Preferentemente hasta un 75% en peso del catión puede ser
magnesio al final de la etapa de lixiviación. El catión restante
puede resultar a partir de metales que son lixiviados a partir del
material durante la operación de
lixiviación.
lixiviación.
En otra forma de realización, la concentración
de iones cloruro es de entre 4,5 M y 14 M, preferentemente de entre
6 M y 12 M.
En otra forma de realización, la relación molar
de cationes en el agente lixiviante con respecto a la cantidad de
HCl en el agente lixiviante es de entre aproximadamente 0,3 y
aproximadamente 2,5.
En otra forma de realización, el material
comprende más del 25% en peso de hierro y la relación molar de
cationes en el agente lixiviante con respecto a la cantidad de HCl
en el agente lixiviante es de entre aproximadamente 0,15 y
aproximadamente 3.
En otra forma de realización, el material
comprende más del 25% en peso de hierro y la relación molar de
cationes en el agente lixiviante con respecto a la cantidad de HCl
en el agente lixiviante es de entre aproximadamente 1 y
aproximadamente 2,3.
En otra forma de realización, el material
comprende menos del 25% en peso de hierro y la relación molar de
cationes en el agente lixiviante con respecto a la cantidad de HCl
en el agente lixiviante es de entre aproximadamente 0,3 y
aproximadamente 2.
En otra forma de realización, el material
comprende menos del 25% en peso de hierro y la relación molar de
cationes en el agente lixiviante con respecto a la cantidad de HCl
en el agente lixiviante es de entre aproximadamente 0,15 y
aproximadamente 2,3.
En otra forma de realización, el material
comprende un mineral de metal de base oxídico y, preferentemente,
un mineral laterítico de níquel.
En otra forma de realización, la lixiviación se
lleva a cabo a una temperatura de entre aproximadamente 75ºC y el
punto de ebullición del agente lixiviante, y preferentemente, de
entre aproximadamente 100ºC y el punto de ebullición del agente
lixiviante.
En otra forma de realización, el proceso se
lleva a cabo en un recipiente no presurizado.
En otra forma de realización, el Eh es lo
suficientemente bajo como para mantener los metales de base en el
agente lixiviante en un estado divalente y lo suficientemente alto
como para mantener el hierro como hierro férrico.
En otra forma de realización, el Eh es de entre
300 mV y 700 mV, preferentemente de entre 350 mV y 600 mV.
En otra forma de realización, el pH del agente
lixiviante es de hasta aproximadamente 3 durante la etapa de
lixiviación, y el pH del agente lixiviante se eleva hasta un valor
comprendido en un intervalo de entre 0,4 y 2,5 para precipitar
hierro, según se mide mediante instrumentación convencional.
En otra forma de realización, el pH del agente
lixiviante es de hasta aproximadamente 2 durante la etapa de
lixiviación, y el pH del agente lixiviante se eleva hasta un valor
comprendido en un intervalo de entre 0,7 y 2,5 para precipitar
hierro, según se mide mediante instrumentación convencional.
En otra forma de realización, el lixiviado
contiene en forma solubilizada un primer metal que comprende por lo
menos uno de entre, cobre, aluminio, zinc y cromo y un segundo metal
que comprende por lo menos uno de entre níquel y cobalto y el
proceso comprende adicionalmente:
(a) La separación de un lixiviado rico en
metales de valor del material en una primera separación de
sólidos/
líquido;
líquido;
(b) El incremento del pH del lixiviado para
obtener una fracción sólida que contiene por lo menos una parte del
primer metal y un primer lixiviado pobre en metal, y la separación
de la fracción sólida del primer lixiviado pobre en metal en una
segunda etapa de separación de sólidos/líquido;
\newpage
(c) Un incremento adicional del pH del primer
lixiviado pobre en metal para obtener un segundo lixiviado pobre en
metal y un fracción sólida que contiene el segundo metal como un
hidróxido precipitado, y la separación de la fracción sólida que
contiene el segundo metal del segundo lixiviado pobre en metal en
una tercera etapa de separación de sólidos/líquido.
En otra forma de realización, el lixiviado
contiene también en forma solubilizada por lo menos hierro y
manganeso y la etapa (b) comprende adicionalmente la oxidación del
lixiviado rico en metales de valor.
En otra forma de realización, el lixiviado
contiene también en forma solubilizada hierro y la etapa (b)
comprende adicionalmente el tratamiento del lixiviado rico en
metales de valor para convertir el hierro ferroso en hierro
férrico.
En otra forma de realización, el lixiviado
contiene también en forma solubilizada manganeso y la etapa (b)
comprende adicionalmente el tratamiento del lixiviado rico en
metales de valor de manera que el manganeso se encuentre en su
estado tetravalente.
En otra forma de realización, el catión
comprende magnesio y el segundo lixiviado pobre en metal es sometido
a etapas de reciclaje para la recuperación del cloruro de magnesio
y del ácido clorhídrico.
En otra forma de realización, previamente a
entrar en contacto con el material, el catión es magnesio y el
segundo lixiviado pobre en metal es tratado para producir una
solución que comprende cloruro de magnesio y ácido clorhídrico que
es utilizado como el agente lixiviante.
En otra forma de realización, la etapa de
regeneración produce también óxido de magnesio.
En otra forma de realización, por lo menos parte
del óxido de magnesio se utiliza como un agente de ajuste del pH en
por lo menos una de las etapas (b) y (c).
En otra forma de realización, la etapa de
regeneración incluye una hidrólisis y una evaporación parcial.
En otra forma de realización, el agente
lixiviante comprende ácido clorhídrico, cloruro de magnesio y por
lo menos uno de entre (i) por lo menos un cloruro de metal adicional
que se añade al agente lixiviante previamente a entrar en contacto
con el material; (ii) por lo menos un catión adicional que es
lixiviado a partir del material y (iii) un oxidante. El agente
lixiviante puede comprender un cloruro de metal adicional o un
catión adicional, un oxidante o ambos. El cloruro de metal
adicional puede ser por lo menos uno de entre cloruro de sodio,
cloruro de potasio, cloruro de calcio, cloruro de cobre y cloruro de
hierro. La cantidad de cloruro de metal adicional y catión puede
ser de entre el 1% y el 25% en peso de la cantidad de cloruro de
magnesio. El oxidante puede ser por lo menos uno de entre aire,
oxígeno, cloro, hipoclorito, clorita, clorato, perclorato,
permanganato y peróxido.
En otra forma de realización, por lo menos una
parte de uno de entre el primer lixiviado pobre en metal y el
segundo lixiviado pobre en metal se somete a tratamiento para
regenerar el agente lixiviante mezclando una solución de cloruro de
magnesio con cloruro de hidrógeno gaseoso.
En otra forma de realización, la parte de uno de
entre el primer lixiviado pobre en metal y el segundo lixiviado
pobre en metal se somete a destilación para la separación del ácido
clorhídrico azeotrópico.
En otra forma de realización, el cloruro de
hidrógeno gaseoso se mezcla con la parte de uno de entre el primer
lixiviado pobre en metal y el segundo lixiviado pobre en metal para
incrementar la cantidad de ácido clorhídrico separado como ácido
clorhídrico azeotrópico.
En cualquiera de estas formas de realización, el
material o mineral puede exponerse al agente lixiviante sin ser
sometido a una etapa de tostación.
En cualquiera de estas formas de realización, el
material o mineral puede obtenerse a partir de unos horizontes de
limonita y saprolita.
Esta y otras ventajas de la presente invención
podrán entenderse de manera más completa y más clara conjuntamente
con la siguiente descripción de las formas de realización
preferentes de la invención, mostradas en los dibujos, entre los
que:
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo para la
recuperación de metales de valor a partir de un mineral laterítico
de níquel; y,
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de un
ejemplo de un proceso de lixiviación contracorriente, descrito en
el ejemplo II.
Las formas de realización preferentes de la
presente invención se describen tal como pueden aplicarse a un
proceso de lixiviación de un metal de valor a partir de un mineral
laterítico de níquel, así como a la recuperación de la solución
lixiviante.
Un mineral laterítico de níquel es un mineral
niquelífero que comúnmente se encuentra en regiones subtropicales.
Tal como se utiliza en la presente memoria, un mineral laterítico de
níquel principalmente comprende níquel hierro, magnesio y sílice.
El mineral puede también contener, por ejemplo, uno o más de entre
cobalto, manganeso, zinc, cobre, cromo y aluminio. En formas de
realización de la presente invención, los metales de valor pueden
ser níquel y magnesio, o níquel y cobalto, u otros metales de valor
en el mineral laterítico de níquel, incluyendo níquel, hierro,
magnesio y/o silicio. Los minerales lateríticos de níquel, por
ejemplo los de Guatemala, se encuentran en rocas ultramáficas,
principalmente dunitas y piroxenitas, y por lo general están
fuertemente serpentinizados. Otros minerales lateríticos de níquel
tal como se definen en la presente memoria también pueden referirse
como olivinas. Dichos minerales tienden a encontrarse en forma de
horizontes de limonita con un alto contenido en hierro y un bajo
contenido de magnesio, que típicamente contienen de entre un 0,8% y
un 1,5% de Ni, y horizontes de saprolita con un mayor contenido de
níquel (generalmente > de 2% de níquel), que tienen un contenido
de magnesio mucho mayor y un contenido de hierro mucho más bajo. En
los proyectos de recuperación de níquel y cobalto a partir de estos
minerales se han utilizado unos procedimientos tanto
hidrometalúrgicos como pirometalúrgicos, en los que el primero
(procedimiento hidrometalúrgico) tiende a enfocarse en los
horizontes de limonita de bajo contenido en magnesio y el segundo
(procedimiento pirometalúrgico) en los horizontes de saprolita. Muy
pocos proyectos se han concentrado en el tratamiento de ambos
horizontes, ya que el material con un contenido bajo en níquel es
costoso para los procesos de fundición, y los procesos
hidrometalúrgicos no han sido capaces de tratar con valores
significativos de magnesio.
El proceso de la presente invención es capaz de
tratar tanto los horizontes de limonita como los horizontes de
saprolita indicados anteriormente. Por tanto, el material de
alimentación para el proceso de la presente invención puede ser un
mineral laterítico de níquel y puede ser un mineral de un horizonte
limonita bajo en magnesio y/o un mineral de un horizonte saprolita.
En particular, el material de alimentación puede contener mineral
tanto de horizontes limonitas como de horizontes saprolitas. Por
tanto, en una forma de realización preferente de la invención no es
necesario distinguir entre los diversos perfiles presentes en un
cuerpo mineral laterítico de níquel típico. Por consiguiente, una
ventaja de la presente invención es que el material de alimentación
no necesita ser clasificado previamente a ser alimentado al
proceso.
El proceso de la presente invención puede ser
operado sin un pretratamiento del mineral laterítico de níquel que
cambie el estado de valencia de cualquiera de los metales. En
particular, el proceso puede ser operado sin tostar el mineral
previamente a la lixiviación del mineral. Una etapa de
pretratamiento opcional comprende someter el níquel y el cobalto en
el mineral a una reducción selectiva. El mineral puede someterse a
unas etapas de procesamiento físico conocidas en la técnica para
preparar el mineral para la lixiviación. Por ejemplo, el mineral
puede someterse a la molienda o la beneficiación o enriquecimiento
previamente a la lixiviación. Dichas etapas son ventajosas ya que
pueden reducir el tiempo de residencia en la etapa de lixiviación,
reducir el volumen de residuo de la lixiviación, e incrementar la
producción de la planta. En formas de realización particulares de
la invención, el mineral se encuentra en forma de un concentrado.
Tal como se muestra en la Figura 1, el mineral 10 se somete a la
etapa opcional de beneficiación o enriquecimiento 12 para producir
un concentrado 14.
Con relación a la Figura 1, el concentrado 14 es
alimentado a una etapa de lixiviación 16 en la que el material
entra en contacto y es lixiviado con un agente lixiviante para
producir un suspensión de lixiviado 18 que contiene un residuo
sólido. El agente lixiviante comprende ácido clorhídrico y por lo
menos una sal de cloruro que contiene cationes con un número de
hidratación superior al del hidrógeno. Se selecciona la
concentración de cationes e iones cloruro en el agente lixiviante
para lixiviar el hierro a partir del concentrado y para hidrolizar
el hierro lixiviado durante la lixiviación a óxido férrico que se
precipita fuera de la solución para formar parte del residuo en la
suspensión de lixiviado 18. Podrá observarse que el residuo también
comprenderá la parte del concentrado 14 que no es lixiviada.
El catión que se encuentra presente en el agente
lixiviante, que se introduce al mineral durante la etapa de
lixiviación, comprende magnesio y preferentemente, esencialmente
consiste de magnesio. Podrá observarse que a medida que el mineral
es lixiviado, pueden formarse sales de cloruro catiónicas en el
agente lixiviante como resultado de los minerales que son
lixiviados a partir del mineral. De acuerdo con una forma de
realización de esta invención, el catión comprende cloruro de
magnesio y una cantidad de hasta aproximadamente el 25% en peso de
otros cationes que pueden seleccionarse de entre el grupo que
consiste de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, hierro
férrico, hierro ferroso, cobre cuproso, cobre cúprico, y mezclas de
los mismos. Preferentemente, el otro catión se selecciona de entre
el grupo que consiste de sodio, calcio, hierro férrico, cobre
cuproso, cobre cúprico, y mezclas de los mismos. Preferentemente,
los cationes adicionales son lixiviados a partir del mineral.
El hierro, que se encuentra en gran manera
presente como goetita en minerales lateríticos de níquel, es
lixiviado según la siguiente reacción:
Durante la lixiviación de la goetita, también se
liberan níquel y cobalto, que se encuentran en gran medida dentro
de los límites de esta matriz, y se vuelven susceptibles de ser
lixiviados de la siguiente manera:
Tal como es representado por estas ecuaciones,
cuanto mayor es la concentración de iones cloruro e hidrógeno en el
agente lixiviante, mayor es la fuerza tractora del proceso de
lixiviación para producir cloruros de metal.
Sin ser limitados por la teoría, se cree que el
alto contenido de ión cloruro, conjuntamente con la muy baja
actividad del agua favorece la hidrólisis del cloruro férrico
durante el proceso de lixiviación para formar hematita y/o un óxido
de hierro magnético, que es fácil de establecer y filtrar. Por
consiguiente, mientras que puede lixiviarse hierro a partir del
mineral, el hierro se precipita fuera de la solución de manera que
se obtiene un lixiviado que no se encuentra altamente contaminado
con hierro. Por consiguiente, se pueden seleccionar etapas de
recuperación aguas abajo que se diseñan para lixiviados con poco
hierro o nada de hierro. Además, la utilización de soluciones de
sal de cloruro concentradas (soluciones hipersalinas) resulta en que
el agua en el agente lixiviante presenta una actividad que es
considerablemente inferior a 1. Además, la utilización de altas
concentraciones de cationes con un número de hidratación superior al
del ión hidrógeno H^{+} (o H_{3}O^{+}), resulta
preferentemente en la interacción del catión en vez del ión
hidrógeno con el agua en el agente lixiviante. Por consiguiente, el
agente lixiviante puede contener una pequeña cantidad de agua
libre. El agua libre se encuentra disponible para solubilizar las
sales de cloruro de metal producidas por el proceso de lixiviación.
Preferentemente, la cantidad de agua libre se selecciona de manera
que la cantidad sea suficiente para solubilizar los cloruros de
metal sin que se encuentre disponible un exceso considerable. Esto
resulta en que el ión hidrógeno H^{+} (o H_{3}O^{+}) presenta
una actividad significativamente incrementada. Por consiguiente, en
soluciones hipersalinas concentradas, tal como cloruro de magnesio,
una pequeña cantidad de ácido debería ser capaz de efectuar una
actividad de lixiviación mucho mayor que una cantidad similar en
soluciones de cloruro más diluidas o en sistemas de sulfato.
Según esta teoría, la actividad reducida del
agua ofrece la oportunidad de hidrolizar fácilmente el hierro que
entra en la solución, y a un pH aparente considerablemente más bajo
al que puede obtenerse en sistemas de sulfato. Además, el hierro se
hidroliza preferentemente sobre los otros metales de base. Por
consiguiente, a condición de que la concentración de cloruro global
se mantenga de tal manera que los aniones cloroférricos (por
ejemplo FeCl_{4}^{-}) no se formen de manera alguna, en cuyo
caso la hidrólisis sería muy difícil, entonces pueden lixiviarse
níquel y cobalto a partir del mineral laterítico de níquel y
permanecer solubilizados como un cloruro de metal (es decir, sin
ser hidrolizados y precipitados fuera de la solución) con un mínimo
de hierro solubilizado en el lixiviado 22 al final de la etapa de
lixiviación. Por consiguiente, la etapa de lixiviación retirará el
hierro del mineral y precipitará hematita y/o un óxido de hierro
magnético, tal como espinelo, que posteriormente puede ser
recuperado mediante, por ejemplo, filtración y/o separación
magnética.
Preferentemente, la concentración de iones
cloruro es superior a 4,5 M, más preferentemente de entre 4,5 M y
14 M, y lo más preferentemente de entre 6 M y 12 M. En una forma de
realización particularmente preferente, la concentración de iones
cloruro es de aproximadamente el nivel de saturación. Además,
también resulta preferente que la relación molar de los cationes en
el agente lixiviante con respecto a la cantidad de HCl en el agente
lixiviante sea de entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente 4,5,
y preferentemente de entre aproximadamente 0,3 y aproximadamente
2,5.
Los minerales lateríticos de níquel pueden
presentar un contenido en hierro de entre aproximadamente el 10% en
peso y aproximadamente el 45% en peso. Los minerales lateríticos de
níquel con un alto contenido en hierro tienen un contenido en
hierro superior a aproximadamente el 25% en peso (por ejemplo de
entre el 25% en peso y el 45% en peso) y los minerales lateríticos
de níquel con un bajo contenido en hierro tienen un contenido en
hierro inferior al 25% en peso (por ejemplo, de entre el 10% en peso
y el 25% en peso). Para poder lixiviar los metales de base a partir
de minerales lateríticos de níquel con un alto contenido en hierro,
se requiere una cantidad de ácido superior. Por consiguiente, si el
mineral laterítico de níquel es un mineral con un alto contenido en
hierro, puede requerirse una lixiviación más agresiva y, por
consiguiente, la relación molar de cationes en el agente lixiviante
con respecto a la cantidad de HCl en el agente lixiviante es
preferentemente de entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente 3 y
más preferentemente de entre aproximadamente 1 y aproximadamente
2,3. Si el mineral laterítico de níquel es un mineral de bajo
contenido en hierro, entonces se requiere una lixiviación menos
agresiva y la relación molar de cationes en el agente lixiviante con
respecto a la cantidad de HCl en el agente lixiviante es
preferentemente de entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente 2,3
y, más preferentemente de entre aproximadamente 0,3 y
aproximadamente 2.
Tal como se utiliza en la presente memoria, la
relación molar de cationes en el agente lixiviante con respecto a
la cantidad de HCl en el agente lixiviante se determina en base a la
cantidad de cationes presente en el agente lixiviante al final de
la etapa de lixiviación (es decir, la cantidad de cationes en el
lixiviado 22) y la cantidad de ácido que se encuentra presente en
el agente lixiviante cuando el agente lixiviante se introduce al
concentrado 14 y cualquier cantidad adicional de ácido que pueda
añadirse al agente lixiviante durante la etapa de lixiviación.
Podrá observarse que toda la cantidad de ácido requerida podría
añadirse al comienzo de la operación de lixiviación (es decir puede
ser el agente lixiviante alimentado al reactor de lixiviación) o
podría añadirse parte del ácido o todo el ácido mientras la
lixiviación avanza. Mientras la lixiviación avanza, parte del
cloruro se utiliza para formar cloruros de metal. Por tanto,
preferentemente el ácido se añade bajo demanda; es decir, la
operación de lixiviación puede monitorizarse y el ácido puede
añadirse al agente lixiviante en base a la cantidad de cloruro
consumida por la lixiviación de los metales de base. Por
consiguiente, la concentración de los iones cloruro puede mantenerse
relativamente constante. Podrá observarse que las cantidades de sal
de cloruro pueden añadirse al agente lixiviante mientras la
lixiviación avanza para suministrar iones cloruro adicionales a
condición de que se desee incrementar la cantidad de cationes en el
agente lixiviante.
Preferentemente, el agente lixiviante, que se
alimenta a la etapa de lixiviación, comprende cloruro de magnesio y
ácido clorhídrico, y preferentemente esencialmente consiste de
cloruro de magnesio y ácido clorhídrico. Si el agente lixiviante
comprende ácido clorhídrico y cloruro de magnesio, entonces la etapa
de lixiviación preferentemente se lleva a cabo con una
concentración de cloruro de por lo menos 200 g/L, preferentemente
de entre 200 g/L y 500 g/L y más preferentemente de entre 200 g/L y
400 g/L. La relación Mg/HCl (magnesio con respecto a ácido
clorhídrico) expresada en términos de porcentaje de masa (m/m) en la
lixiviación preferentemente se ajusta para optimizar la
lixiviación, basado en, por ejemplo, el mineral particular que está
siendo lixiviado y la temperatura a la que se lleva a cabo la
lixiviación. La relación Mg/HCl puede ser de entre 0,1 y 0,3,
preferentemente de entre 0,2 y 1,5, y más preferentemente de entre
0,4 y 1,0 (es decir gramos de Mg en el lixiviado al final de la
etapa de lixiviación con respecto a la concentración de ácido en el
agente lixiviante).
La hidrólisis y la precipitación del hierro
tienen lugar de la siguiente manera:
Por consiguiente, una ventaja de este proceso es
que simultáneamente a la formación de hematita libera ácido
consumido durante la lixiviación del hierro. A continuación el ácido
liberado puede tomar parte en reacciones de lixiviación
adicionales.
Utilizando soluciones de cloruro de magnesio de
gran resistencia, la alta concentración de magnesio en el agente
lixiviante alivia frente el magnesio que se disuelve durante la
lixiviación. En particular, si el nivel de magnesio se encuentra en
el nivel de saturación en el agente lixiviante cuando el agente
lixiviante se introduce al mineral, entonces el agente lixiviante
no lixiviará magnesio alguno a partir del mineral. De menara
similar, si se desea producir un producto de magnesio, por ejemplo
óxido de magnesio, el magnesio puede recuperarse a partir del
lixiviado. De esta manera el agente lixiviante, cuando se introduce
al mineral, presentará una concentración de magnesio inferior al
nivel de saturación que resulta en el agente lixiviante que lixivia
magnesio a partir del mineral. Por consiguiente, otra ventaja de la
presente invención es que la cantidad de magnesio, en caso de haber
alguna, que es lixiviada a partir del mineral puede controlarse. De
manera similar, si el agente lixiviante presenta una cantidad de
saturación de otros cationes tal como se describe en la presente
memoria, entonces el agente lixiviante resultará inhibido de
lixiviar
magnesio.
magnesio.
La lixiviación puede llevarse a cabo como un
proceso continuo o como un proceso por lotes. Si la lixiviación se
lleva a cabo en base a un proceso continuo, entonces la lixiviación
puede llevarse a cabo en corriente paralela, contracorriente, o de
otra manera. Si el mineral es un mineral con un alto contenido en
hierro, entonces la lixiviación preferentemente se lleva a cabo
contracorriente.
La lixiviación puede llevarse a cabo en un
recipiente presurizado o en un recipiente no presurizado.
Preferentemente, la lixiviación se lleva a cabo en un recipiente no
presurizado. Una ventaja de la presente invención es que la etapa
de lixiviación puede llevarse a cabo en un recipiente no presurizado
permitiendo de esta manera que la lixiviación continúe llevándose a
cabo como una operación de flujo continuo a un coste capital
inferior. La lixiviación también puede llevarse a cabo en un tanque
Pachuca o como una lixiviación en pila.
La lixiviación preferentemente se lleva a cabo a
una temperatura de entre 75ºC y el punto de ebullición de la
solución de lixiviación, preferentemente de entre aproximadamente
100ºC y el punto de ebullición de la solución. A temperatura
ambiente el punto de ebullición del agente lixiviante es de
aproximadamente 110ºC. Sin embargo, podrá observarse que el punto
de ebullición es superior a altas presiones. Se ha determinado que
si la lixiviación se lleva a cabo a una temperatura superior a
aproximadamente 100ºC, entonces el precipitado de óxido de hierro
presenta una estructura física que resulta en un establecimiento del
hierro fuera de la solución más rápido, simplificando de esta
manera la etapa de separación de líquido/sólido posterior.
El pH de la solución lixiviante, según se mide
mediante un equipamiento convencional, durante la operación de
lixiviación puede ser de hasta 3 y preferentemente de hasta 2. Con
el fin de precipitar hierro que es lixiviado durante el proceso
como hematita y/o un óxido de hierro magnético, tal como espinelo,
el pH del lixiviado se eleva preferentemente hasta un valor de
entre 0,4 y 2,5, más preferentemente de entre 0,7 y 2,5. La cinética
de la etapa de lixiviación mejora en un intervalo de pH inferior,
por ejemplo inferior a aproximadamente 0,5 y preferentemente
inferior a 0. Sin embargo, se requiere un pH superior a
aproximadamente 0,4 para precipitar el hierro como hematita y/o u
óxido de hierro magnético, tal como espinelo. Por consiguiente, en
una forma de realización preferente, la lixiviación se lleva a cabo
a un pH inferior y a continuación se eleva el pH del lixiviado para
precipitar óxido de hierro. Podrá observarse que todavía puede
producirse una lixiviación conforme se va incrementando el pH para
precipitar el óxido de hierro. A continuación el óxido de hierro
precipitado y el mineral no lixiviado se someten a una separación
de sólido/líquido para producir un lixiviado que es bajo en hierro.
El hierro precipitado y el mineral no lixiviado pueden separarse en
una única etapa de separación de sólido/líquido. Sin embargo, podrá
observarse que el mineral no lixiviado puede separarse en una
primera etapa de separación de sólido/líquido y a continuación
elevar el pH para precipitar hierro que a continuación puede
separarse en una segunda etapa de separación de sólido/líquido.
Podrá observarse que las sondas convencionales de pH se diseñan
para medir sistemas en los que la actividad del agua es de
aproximadamente 1. El agua en el agente lixiviante en la presente
memoria presenta una actividad notoriamente inferior a 1. Por
consiguiente, los números de pH a los que se hace referencia en la
presente memoria están basados en la utilización de sondas
convencionales de pH diseñadas para sistemas en los que la actividad
del agua es de aproximadamente 1, y por tanto, el pH real del
agente lixiviante no se mide de manera precisa. Sin embargo, se ha
determinado que pueden utilizarse sondas convencionales de pH para
monitorizar el proceso de lixiviación utilizando los intervalos
establecidos en la presente memoria.
El Eh (potencial eléctrico versus SHE
(electrodo de hidrógeno estándar)) preferentemente es de entre 300
mV y 700 mV y, más preferentemente de entre 350 mV y 600 mV. En este
intervalo, el hierro permanecerá en el estado férrico. Además, los
metales de base restantes (por ejemplo níquel, cobalto y manganeso)
permanecerán en su estado divalente. Por consiguiente, el potencial
de Eh preferentemente se encuentra en este intervalo al final de la
etapa de lixiviación (es decir, el Eh de la suspensión de lixiviado
18). De manera alternativa, el Eh puede mantenerse en el intervalo
durante el proceso de lixiviación.
Si el Eh es demasiado elevado, entonces los
metales de base formarán unos compuestos de superior oxidación. Por
ejemplo el manganeso formará permanganato. Por consiguiente, el Eh
es preferentemente lo suficientemente bajo como para que los
metales de base no ferrosos permanezcan como cloruros de metal. Si
el Eh se reduce por debajo de los 700 mV, y preferentemente por
debajo de los 600 mV, entonces al final o hacia el final de la
etapa de lixiviación, algunos de los valores de metal oxidados
tenderán a convertirse de vuelta en cloruros de metal. Sin embargo,
algunos de los valores de metal no pueden convertirse de vuelta en
cloruros de metal. Por consiguiente, el Eh del agente lixiviante es
preferentemente inferior al extremo superior del intervalo al final
de la etapa de lixiviación y, más preferentemente, el Eh del agente
lixiviante se mantiene por debajo del extremo superior del
intervalo durante toda la etapa de lixiviación o esencialmente
durante toda la etapa de lixiviación con el fin de prevenir la
oxidación de los valores de metal.
Si el Eh es inferior a aproximadamente 300 mV,
entonces el hierro se convertirá en un hierro ferroso. Por
consiguiente, el Eh preferentemente se mantiene a un nivel lo
suficientemente alto como para prevenir que el hierro se convierta
a su estado ferroso. Podrá observarse que mientras que el nivel de
Eh puede variar durante la etapa de lixiviación, a condición de que
el Eh se encuentre a un nivel deseado en la suspensión de lixiviado
18, entonces el hierro se precipitará como hematita y/o como un
óxido de hierro magnético, tal como el espinelo.
Si el pH se mantiene lo suficientemente alto
como para mantener el hierro en su estado férrico, entonces el
hierro inmediatamente tenderá a formar hematita conforme es
lixiviado reduciendo de esa manera la cantidad de cloruro
inmovilizado en el cloruro férrico durante la lixiviación y
reduciendo la cantidad de ácido que tenga que poder añadirse
durante la etapa de lixiviación para mantener la composición deseada
del agente lixiviante.
A continuación se describirá la operación de un
proceso de recuperación de metal basado en la forma de realización
preferente mostrada en la Figura 1. Se obtiene una solución rica en
metales de valor (suspensión de lixiviado 18) en la etapa de
lixiviación. El residuo (sólidos), que se encuentra en forma de
suspensión en la suspensión de lixiviado 18, es preferentemente
bajo en metales de valor no ferrosos, por ejemplo bajo en níquel. La
suspensión de lixiviado 18 puede tratarse mediante una diversidad
de técnicas para recuperar parte del los valores de metal o todos
los valores de metal que contiene. En la forma de realización
preferente de la Figura 1, el lixiviado 22 se somete a unas etapas
de precipitación secuenciales para retirar primero los metales de
base como cobre, manganeso, zinc y aluminio, y retirar
posteriormente el níquel y el cobalto.
Tal como se muestra en la Figura 1, la
suspensión de lixiviado 18 se alimenta a una etapa de separación de
sólido/líquido 20 para efectuar la separación del lixiviado de los
sólidos presentes en la misma, por ejemplo residuo de lixiviación y
sólidos de hierro mineral cristalino. La etapa de separación de
sólido/líquido 20 produce una corriente de lixiviado rico en
metales de valor 22 y una corriente de residuos 24. Se conocen
técnicas para este tipo de separación, por ejemplo la utilización de
un filtro de vacío o de presión, la centrifugación o la decantación
contracorriente. Puede utilizase cualquier técnica de separación de
sólido/líquido conocida en la técnica. Tal como se muestra en la
Figura 1, se utiliza una etapa de filtración y se proporciona una
corriente de agua 26 para lavar el lixiviado arrastrado desde el
residuo sólido.
La corriente de residuos 24 puede eliminarse o
puede tratarse para recuperar parte de los valores de metal o todos
los valores de metal que contiene. De acuerdo con la etapa de
lixiviación descrita en la presente memoria, una parte considerable
del hierro que es lixiviado a partir del mineral se hidroliza y se
precipita como hematita y/o como un óxido de hierro magnético, tal
como espinelo. Por consiguiente, la corriente de residuos 24 puede
comprender una parte magnética, que puede separarse en un separador
magnético para producir una corriente de alimentación que puede
resultar útil para la producción de aceros de aleación baja o
ferroníquel y una corriente de residuos tratados. La corriente de
residuos tratados puede tener una cantidad lo suficientemente baja
en metales de valor como para que la corriente de residuos tratados
pueda alimentarse como desperdicio a un dique de residuos o
colas.
La corriente de lixiviado rico en metales de
valor 22 puede someterse a una etapa de purificación 34 en la que
pueden retirarse los metales de valor diferentes al níquel y al
cobalto. En una forma de realización preferente, la corriente de
lixiviado rico en metales de valor 22 se somete a tratamiento para
retirar metales de valor que no sean ni níquel ni cobalto. Por
consiguiente la corriente 22 puede tratarse mediante un intercambio
de iones, una extracción de solvente, electroextracción o
precipitación para retirar estos metales de valor. Preferentemente,
la corriente 22 se trata mediante adición química para precipitar
manganeso, cobre, aluminio y/o cromo que puedan estar presentes y
para retener el níquel y el cobalto en la solución. Por ejemplo, tal
como se muestra en la Figura 1, la corriente de lixiviado rico en
metales de valor 22 puede someterse a una oxidación mediante la
adición de una corriente oxidante como por ejemplo gas de cloro o
peróxido de hidrógeno, y el ajuste del pH a un valor comprendido en
un intervalo de entre 3 y 6 para efectuar la precipitación de
hierro y manganeso, cobre, aluminio y/o cromo, en caso de
encontrarse presentes, en el lixiviado y obtener una corriente de
lixiviado tratado 40. El pH puede ajustarse mediante diversos
medios, tales como la adición de un agente de ajuste del pH por
medio de la corriente 38. El agente de ajuste del pH puede ser una
base como lima, sosa cáustica, u óxido de magnesio. En una forma de
realización particularmente preferente, el agente de ajuste del pH
es óxido de magnesio. Una ventaja de la utilización de un óxido de
magnesio es que la cantidad requerida de óxido de magnesio puede
producirse tratando el cloruro de magnesio en el agente lixiviante
consumido. Además, la adición de óxido de magnesio no añade ningún
ión adicional en el lixiviado, que en caso de añadirse, puede
requerir la utilización de etapas de tratamiento adicionales. El
oxidante se añade para convertir hierro ferroso en hierro férrico y
para garantizar que el manganeso se encuentra en su estado
tetravalente. Si estos metales no se encuentran presentes en el
lixiviado, no necesita añadirse el oxidante.
Toda la corriente 40 o parte de la misma puede
someterse a cualquier etapa de separación de sólido/líquido 42 para
producir una corriente de lixiviado pobre en metal 44 y un corriente
de residuos 46. Preferentemente, la corriente de residuos 46 se
recicla y se alimenta a una etapa de lixiviación 16 para recuperar
el magnesio y los metales de valor adsorbidos o coprecipitados,
como por ejemplo el níquel y el cobalto que pueden estar presentes
en la corriente de residuos 46. Podrá observarse que la corriente 40
puede tratarse mediante otras técnicas conocidas para recuperar
parte de los metales de valor o todos los metales de valor que
contiene.
En una forma de realización alternativa, podrá
observarse que la precipitación que se produce en la etapa de
purificación 34 puede llevarse a cabo en una serie de etapas para
obtener diferentes residuos, cada uno de los cuales contiene
diferentes concentraciones de metales de valor. Por ejemplo, el
hierro tiende a precipitarse a un pH de entre 0,5 y 3, el aluminio
y el cromo tienden a precipitarse a un pH de entre 1,5 y 3,5 y el
manganeso tiene a precipitarse a un pH de entre 3 y 6. Por
consiguiente, puede producirse una corriente de residuos que
contenga elevadas proporciones de aluminio y cromo y puede
producirse una corriente de residuos que contenga una elevada
proporción de manganeso.
La corriente de lixiviado pobre en metal 44
puede someterse a etapas de tratamiento adicionales con el fin de
recuperar metales de valor adicionales. La corriente 44 puede
tratarse mediante intercambio de iones, extracción de solvente,
electroextracción o precitación para retirar estos metales de valor.
Preferentemente, la corriente 44 se trata mediante la adición
química para precipitar el cobalto y el níquel que puedan
encontrarse presentes. Por ejemplo, tal como se muestra en la
Figura 1, la corriente de lixiviado pobre en metal 44 puede
someterse a precipitación o a ajuste del pH en un intervalo de
entre 6 y 8,5, preferentemente de entre 7,5 y 8,5, para efectuar la
precipitación del níquel y del cobalto en el lixiviado y para
obtener una corriente de lixiviado tratada. El pH puede ajustarse
mediante diversos medios, tales como la adición de un agente de
ajuste del pH por medio de la corriente 50. El agente de ajuste del
pH puede ser una base. En una forma de realización particularmente
preferente, el agente de ajuste del pH es óxido de magnesio. Una
ventaja de la utilización de óxido de magnesio es que la cantidad
de óxido de magnesio requerida puede producirse mediante el proceso
y la adición de óxido de magnesio no añade ningún ión adicional en
el lixiviado, que puede requerir la utilización de etapas de
tratamiento adicionales.
Tal como se muestra en la Figura 1, esta
separación preferentemente se lleva acabo es dos fases,
recuperándose el níquel y el cobalto (en caso se encontrarse
presentes) en una forma relativamente pura, como por ejemplo en la
forma de hidróxidos, en la primera etapa de precipitación 48 y
retirándose los restantes metales de valor en una posterior etapa
de precipitación 60.
La precipitación de la primera fase 48
preferentemente se lleva a cabo a un pH de entre 6,5 y 7. El pH
preferentemente se eleva mediante la adición de óxido de magnesio
por medio de la corriente 50 para producir un lixiviado 52 que se
somete a una etapa de separaciones de sólido/líquido 54 para obtener
un residuo 56 que contiene unos hidróxidos de níquel y cobalto
mezclados y un lixiviado pobre en metal adicional 58. A continuación
puede tratarse la corriente de residuos 56 para recuperar el
níquel. A continuación puede recuperarse el equilibrio de los
metales de valor a partir del lixiviado 58 en la etapa de
precipitación 60 utilizando, preferentemente, óxido de magnesio en
exceso, que puede añadirse por medio de la corriente 62
(preferentemente a un pH de entre 7 y 8,5), para obtener un residuo
64 que contiene metales de valor residuales en forma de hidróxidos y
una corriente lixiviante consumida 66. El residuo 64 puede
reciclarse para la etapa de lixiviación. En caso de requerirse,
durante estas etapas puede añadirse agua.
La corriente lixiviante consumida 66 es una
solución de cloruro de magnesio. Parte de la corriente consumida o
toda la corriente consumida 66 puede ser devuelta mediante la
corriente de reciclaje 68 como agente lixiviante para la etapa de
lixiviación 16. Dependiendo de la composición de la corriente
consumida 66 y la cantidad de agua añadida durante las etapas de
recuperación de metal posteriores a la etapa de lixiviación 16, es
posible que el agente lixiviante necesite ser recuperado. Por
consiguiente, parte de la corriente consumida o toda la corriente
consumida 66, puede tratarse por ejemplo mediante la evaporación
parcial en un evaporador 70 para producir una corriente de
reciclaje 72 de cloruro de magnesio, la adición de cloruro de
magnesio y/o ácido clorhídrico, y reciclarse para la etapa de
lixiviación 16.
Puede formarse óxido de magnesio a partir de la
corriente lixiviante consumida 66 sometiendo la corriente 66 a, por
ejemplo, una etapa de pirohidrólisis 74 para producir una corriente
de ácido clorhídrico 76 y una corriente de óxido de magnesio puro
78 que incluye magnesia cáustica. Parte de la corriente de ácido
clorhídrico o toda la corriente de ácido clorhídrico 76 puede
reciclarse en el proceso (por ejemplo para la etapa de lixiviación
16). Puede utilizarse en el proceso parte de la corriente de óxido
de magnesio o toda la corriente de óxido de magnesio 78 (por
ejemplo como un agente de ajuste del pH) y/o puede ofrecerse a la
venta.
De esta manera, en las formas de realización de
la presente invención, tal como se muestra, por ejemplo, en la
Figura 1, la presente invención prevé la utilización de mezclas de
cloruro de magnesio y ácido clorhídrico en la etapa de lixiviación.
La disolución del hierro en un cloruro solubilizado en el lixiviado
puede controlarse y minimizarse, sin requerir unas etapas de
pretratamiento y postratamiento costosas. El residuo de lixiviación
puede mantenerse en una forma que sea fácil de filtrar mediante el
control de la concentración y de la temperatura durante la etapa de
lixiviación. Pueden abordarse la evaporación de agua y
requerimientos de regeneración del ácido clorhídrico, requiriendo
pirohidrólisis solamente una parte del cloruro de magnesio
obtenido.
En el proceso de la presente invención, puede
ajustarse la relación Mg/HCl en la etapa de lixiviación para
reflejar cualquier requerimiento o característica específicos del
proceso y mineral alimentado al proceso. Por ejemplo, ajustando la
cantidad de agente lixiviante consumido que se somete a
pirohidrólisis, puede ajustarse la cantidad de cloruro de magnesio
y de ácido clorhídrico que se encuentran disponibles para el
reciclaje para la etapa de lixiviación. En algunos casos, puede
suministrarse todo el ión cloruro en la solución de lixiviación a
partir las corrientes de agente lixiviante reciclado 68, 72.
El proceso de lixiviación puede llevarse a cabo
de manera continua en por lo menos un reactor de tanque sometido a
agitación. Preferentemente, se utilizan por lo menos dos reactores,
el primero para la adición del mineral laterítico de níquel y el
segundo para el control del hierro. Por ejemplo, tal como se muestra
en la Figura 2, un concentrado o corriente de mineral 10 se
alimenta a una primera etapa de lixiviación 100. El agente
lixiviante se añade por medio de une corriente 102 para producir una
primera corriente de lixiviado 104, que a continuación se somete a
una etapa de separación de sólido/líquido 106 para obtener un
lixiviado reducido sólido 110 y un residuo 108. A continuación el
lixiviado reducido sólido 110 puede tratarse para recuperar los
cloruros de metal como por ejemplo mediante las etapas de
precipitación secuenciales de la Figura 1. El residuo 108 se somete
a una segunda etapa de lixiviación 112 para obtener un segundo
lixiviado 116. Preferentemente se añade ácido adicional por medio
de la corriente 114 a la segunda etapa de lixiviación 112 para
lixiviar valores de metal adicionales a partir del mineral. A
continuación el segundo lixiviado 116 se somete a una etapa de
separación de sólido/líquido 118 para producir un residuo sólido 120
que puede tratarse para recuperar cualquier metal de valor (por
ejemplo, hematita) y un segundo lixiviado 122, parte del cual o todo
puede reciclarse para la primera etapa de lixiviación 100 como
agente lixiviante 102. El segundo lixiviado puede someterse a unas
etapas de regeneración para producir el agente lixiviante para la
primera etapa de lixiviación y/o pueden añadirse agentes de
lixiviación adicionales por separado a la primera etapa de
lixiviación 100. También puede observarse que pueden utilizarse
tres o más reactores de lixiviación.
El control de proceso puede efectuarse mediante
las tasas de adición del mineral laterítico de níquel y/o agente
lixiviante al proceso y/o la composición química del agente
lixiviante. Por ejemplo, el pH puede ajustarse mediante la adición
de óxido de magnesio y el Eh puede ajustarse mediante la adición de
un oxidante.
El proceso de lixiviación puede llevarse a cabo
de un modo particular conocido en la técnica. El modo de
lixiviación, por ejemplo, por lotes, de corriente paralela continua
o contracorriente continua, puede seleccionarse dependiendo de la
naturaleza particular del mineral que está siendo tratado. El
proceso por lotes tiene lugar en un único reactor, y puede operarse
hasta un punto final predeterminado en base a un pH y a un Eh
deseados del sistema particular dentro de los parámetros
presentados en esta invención. Para minerales de fácil lixiviación
(bajo contenido en hierro) resulta preferente la lixiviación de
corriente paralela, mientras que para minerales de lixiviación más
difícil (minerales de alto contenido en hierro) resulta preferente
la contracorriente.
Una forma de realización de un proceso para la
regeneración de agente lixiviante consiste en que la solución de
lixiviación consumida (solución de MgCl_{2} puro) posterior a la
separación del níquel y el cobalto (descrita anteriormente) se
somete a una evaporación parcial o preevaporación. El grado de
evaporación parcial o preevaporación puede reducirse, o incluso
eliminarse, mediante la alimentación de cloruro de hidrógeno gaseoso
a la solución de MgCl_{2} puro, especialmente previamente a la
fase de evaporación parcial o preevaporación. El HCl gaseoso puede
ser de los gases de escape en el hidrolizador. De esta manera, se
reduce o se elimina la energía requerida para la evaporación del
agua y se obtiene un azeotropo de ácido clorhídrico. El azeotropo
puede reciclarse para la solución lixiviante, puede ofrecerse a la
venta o puede utilizarse de otra manera.
La corriente de "solución de MgCl_{2}
puro" puede partirse y parte se somete a pirohidrólisis para
formar un óxido de magnesio. Los gases de escape se alimentan a un
separador y absorbedor de HCl. Una solución de HCl puede combinarse
con el resto de la corriente partida y se utiliza como un agente
lixiviante regenerado. De manera alternativa, parte de los gases de
escape o todos los gases de escape pueden alimentarse a la etapa de
lixiviación para mejorar el nivel de ácido clorhídrico y también
para proporcionar calor al reactor de lixiviación para el
equilibrio de calor de la etapa de lixiviación.
En otra forma de realización del proceso para la
regeneración del agente lixiviante, se utilizan gases de escape de
la pirohidrólisis para la preevaporación de la solución de
MgCL_{2} concentrado y enriquecer esa solución en HCl. Esto
recupera energía a partir de la etapa de pirohidrólisis.
Tal como se ha indicado anteriormente, en una
forma de realización preferente alternativa, el agente lixiviante
comprende ácido clorhídrico y una mezcla de cloruro de magnesio y
por lo menos un catión o cloruro de metal adicional. Estos cationes
adicionales preferentemente se obtienen a partir de la lixiviación
del mineral de manera que el agente lixiviante que es alimentado al
reactor de lixiviación básicamente comprende, y preferentemente
esencialmente consiste de magnesio. El cloruro de metal adicional es
por lo menos uno de entre cloruro de sodio, cloruro de potasio,
cloruro de calcio, cloruro de cobre y cloruro de hierro. Resultan
preferentes, el cloruro de cobre, especialmente el cloruro cúprico,
y el cloruro de hierro, especialmente el cloruro férrico. Si se
lixivia el catión a partir del mineral, el catión se selecciona de
entre el grupo de cationes de los cloruros indicados anteriormente.
La cantidad de cationes y cloruro de metal adicional puede ser de
entre aproximadamente el 1% en peso y aproximadamente el 25% en
peso de la cantidad de cloruro de magnesio, especialmente de entre
aproximadamente el 5% y aproximadamente el 15% del cloruro de
magnesio. Estos cloruros de metal proporcionan fuentes adicionales
de iones cloruro.
En otra forma de realización preferente
alternativa, el agente lixiviante puede estar compuesto de ácido
clorhídrico, cloruro de magnesio, y un oxidante, y opcionalmente el
cloruro de metal adicional descrito anteriormente. Son ejemplos de
oxidante el aire, oxígeno, cloro, hipoclorito, clorita, clorato y
peróxidos tales como el peróxido de hidrógeno. En el caso de un
gas, el gas puede dispersarse mediante cualquier medio conocido en
la técnica, tal como un tubo rociador. La cantidad de oxidante que
se añade puede variar sobre un amplio intervalo. Preferentemente el
oxidante se añade "bajo demanda", y principalmente se determina
mediante consideraciones prácticas. En las formas de realización,
el oxidante preferentemente se añade para mantener el Eh deseado
(potencial eléctrico versus SHE (electrodo de hidrógeno
estándar).
La lixiviación del mineral laterítico de níquel,
y la recuperación de metales de valor a partir del mismo,
utilizando agentes lixiviantes que contienen un óxido y/o un cloruro
de metal adicional, pueden llevarse a cabo de la misma manera que
la lixiviación con un agente lixiviante que comprende ácido
clorhídrico y cloruro de magnesio.
Los aspectos preferentes de la presente
invención proporcionan un proceso de lixiviación que reduce o
minimiza la extracción de otros valores de metal, especialmente
hierro y opcionalmente magnesio, dependiendo de la concentración de
cationes en el agente lixiviante. El hierro permanece en el residuo
de lixiviación, que puede someterse a una separación magnética para
su utilización de la producción de ferroníquel o acero inoxidable
de baja aleación.
El proceso de la presente invención no requiere
un pretratamiento del mineral laterítico de níquel para volver el
contenido de hierro relativamente inerte. El proceso no resulta en
altas tasas de acumulación de hierro en el lixiviado debido a la
hidrólisis del hierro. No se requieren agentes externos para el
control del hierro y del magnesio ya que cualquier agente requerido
(MgCl_{2}, MgO y HCl) puede ser un producto o una corriente
reciclados del proceso. El agente de lixiviación puede regenerarse y
reciclarse. Puede producirse magnesia pura, especialmente magnesia
cáustica.
Una ventaja particular del proceso de la
presente invención es que se obtienen altas tasas de extracción de
metales de valor en una etapa de lixiviación que opera a presión
atmosférica. La utilización de la presión atmosférica resulta en
ventajas económicas considerables, especialmente en costes de
capital. Pueden recuperarse metales de valor. La utilización de
química de cloruro ofrece ventajas de funcionamiento y de costes de
capital del proceso. El agente de lixiviación se regenera y se
recicla, preferentemente mediante la utilización de una etapa de
pirohidrólisis formándose ácido clorhídrico adicional a partir de
cloro en caso de requerirse. El cloruro de magnesio puede
reciclarse para la etapa de lixiviación.
La presente invención es ilustrada por medio de
los siguientes ejemplos.
Se llevaron a cabo una serie de experimentos de
laboratorio, en los que se trataron muestras de 100 g de mineral
saprolítico y mineral limonítico mezclados del yacimiento Sechol de
Guatemala. El mineral mezclado presentaba el siguiente análisis, en
el que las cantidades se indican en porcentaje en peso: níquel
2,25%; cobalto 0,03%; magnesio 14,4%, hierro 15,2%; silicio 16,0%;
calcio < 0,05%; aluminio 0,9%; cobre < 0,05%; zinc < 0,05%
y cromo 0,53%. Este mineral contenía también un 20% de una fase de
magnetita refractaria, que no era fácilmente susceptible de
lixiviación. Las muestras fueron lixiviadas a una densidad de
sólidos del 20% durante cuatro horas a 100ºC en mezclas de cloruro
de magnesio y ácido clorhídrico, variando (i) la concentración
total de ión cloruro, y (ii) la relación del magnesio con respecto
al ácido. La Tabla 1 proporciona detalles adicionales y los
resultados obtenidos.
Los resultados muestran efectos tanto de la
concentración total de ión cloruro (es decir, la contribución tanto
del cloruro de magnesio como del ácido clorhídrico), así como la
concentración inicial de ácido. Para este mineral y bajo las
condiciones utilizadas, había una concentración total óptima de
cloruro de aproximadamente 230 g/L, por encima de la cual la
disolución del hierro era significativa, y por debajo de la cual la
extracción del níquel (y del cobalto) se reducía. También hay que
reseñar que en estos ejemplos una extracción de Ni del 80%
representa prácticamente un 100% de recuperación de níquel a partir
de la fracción no magnética del mineral debido a la presencia en el
mineral del material refractario, que no resulta fácil de lixiviar.
También hay que reseñar la solubilidad del hierro en la solución,
ya que virtualmente todo el hierro permaneció en el residuo en una
solución de HCl 2N. Se lixiviaron tanto el níquel como el cobalto a
partir del mineral laterítico de níquel, y las recuperaciones del
cobalto fueron similares a las del níquel.
Se muestra un ejemplo de un test de lixiviación
contracorriente en la Figura 4. Se alimentó mineral fresco a una
primera etapa de lixiviación, en la que había un agente lixiviante
que contenía 360 g/L de cloruro de magnesio en ácido clorhídrico,
habiéndose obtenido el ácido clorhídrico a partir de agente
lixiviante reciclado. La primera etapa de lixiviación fue ejecutada
a 150ºC. El pH era de 0,38; el Eh era de aproximadamente 400 mV y
la relación Mg/HCl en base a la masa era de 0,84. La suspensión de
lixiviación obtenida fue alimentada a una etapa de separación de
sólidos/líquido, a partir de la cual se separaron los metales de
valor que contenían licor para un procesamiento adicional. Los
sólidos fueron alimentados a una segunda etapa de lixiviación a la
que se alimentó ácido clorhídrico a una tasa de 450 kg/tonelada de
sólidos. El agente lixiviante de nuevo contenía 360 g/L de cloruro
de magnesio. La segundo lixiviación fue llevada a acabo a 105ºC
durante 4 horas. El pH era de entre 0,68 y 0,72, el Eh era de
aproximadamente 400 mV y la relación Mg/HCl en base a la masa era
de 0,91. Se llevó a cabo una segunda etapa de separación de
sólidos/líquido; el licor, que contenía 1,2 g/L de níquel y 0,024
g/L de cobalto, fue reciclado para la primera etapa de lixiviación,
reciclando de esa manera ácido, cloruro de magnesio y los metales
de valor lixiviados para la primera etapa de lixiviación. En la
segunda etapa de lixiviación no se precipitaron níquel y cobalto ya
que el níquel y el cobalto no se precipitan al pH operativo. La
extracción global de níquel fue del 84% y la extracción global de
cobalto fue del 79%.
Se sometió a lixiviación una muestra de un
mineral laterítico de níquel con un contenido en hierro
relativamente bajo. La composición del mineral era la siguiente,
indicándose las cantidades en porcentaje en peso: Ni 2,3%, Co
0,03%, Mg 14,4%, Fe 15,2%, Si 16,0%, Ca < 0,05%, Al 0,9%, Cu <
0,05%, Zn < 0,05%, Cr 0,5% y Mn 0,18%. El tamaño de malla del
mineral era de -100. El tiempo de lixiviación fue de 4 horas y la
temperatura era de 95ºC. Las soluciones de lixiviación tenían un
20% de sólidos.
La tabla II proporciona detalles adicionales del
proceso y los resultados obtenidos. En el Ensayo 1, el agente
lixiviante no contenía ácido clorhídrico, y en el Ensayo 2, no se
añadió cloruro de magnesio. De esta manera, los Ensayos 1 y 2 son
ensayos comparativos.
\vskip1.000000\baselineskip
Se analizó el residuo del Ensayo 4, y contenía
0,47% de Ni, 0,017% de Co, 8,95% de Mg y 9,54% de Fe. Los resultados
muestran que el cloruro de magnesio solo no puede efectuar la
lixiviación del níquel, sino que es también necesario alguna
cantidad de ácido clorhídrico. Los resultados también muestran que
el ácido clorhídrico solo no es tan efectivo como el efecto
combinado del ácido y el cloruro de magnesio.
Se lixiviaron 200 mg de un mineral laterítico de
níquel de Sechol, Guatemala, con un análisis de 1,72% Ni, 0,05% Co,
23,4% Fe, 0,37% Mn y 6,85% Mg, en corriente paralela durante un
periodo de cuatro horas a 105ºC en una solución que contenía 360
g/L de cloruro de magnesio (9,81 g/L de Mg), a distintas relaciones
de ácido con respecto al mineral (kg de HCl al 100% por tonelada de
mineral seco) tal como se muestra a continuación en la Tabla III.
El valor de Eh para todos los ensayos era de 400 mV.
Al igual que en el Ejemplo I, se muestra que hay
una cantidad de ácido óptima para maximizar la extracción de níquel
y de cobalto. Estos tests también demuestran que la utilización de
una alta concentración de magnesio en la solución de lixiviación
puede prevenir la disolución del magnesio del mineral, ya que la
concentración inicial de magnesio en la solución era de 91,8 g/L.
Sin embargo, la alta concentración de magnesio, no previno la
lixiviación del níquel y del cobalto. Hay que reseñar que estos
minerales contenían aproximadamente un 25% de una fracción
magnética refractaria, de contenido de níquel y cobalto similar con
respecto al mineral bruto. Por tanto, la extracción de níquel a 450
kg/t de HCl representa aproximadamente el 100% de la fracción no
magnética.
Los filtrados finales de los tests de
lixiviación en corriente paralela en la Tabla III, que presentaban
un valor de pH de entre -0,2 y 0,5 (dependiendo de la relación
ácido/mineral) entraron en contacto con mineral fresco a una carga
de 35% de sólidos y se sometieron a reacción durante 6 horas a
105ºC. Este es un ejemplo de una lixiviación contracorriente. Las
concentraciones finales de hierro obtenidas variaban de entre 0,4
g/L y 0,9 g/L, en el que el análisis del filtrado muestra que el
hierro es hierro ferroso al 100%. A continuación los filtrados
resultantes fueron sometidos a un procedimiento de lixiviación
similar adicional, excepto en que la suspensión fue sometida a
reacción bajo condiciones oxidantes. Se determinó que la
concentración de hierro en los filtrados finales era < 1
mg/L.
Este ejemplo muestra que el hierro puede volver
a precipitarse de manera efectiva durante una lixiviación
contracorriente utilizando solamente el mineral de alimentación, y
que no requiere adición alguna de un base reactiva, tal como MgO,
para garantizar que es eliminado de la solución.
Se preparó una solución hipersalina de cloruro
de magnesio que contenía 360 g/L de MgCl_{2} y 35 g/L de
FeCl_{3}. A continuación se neutralizaron muestras del mismo
volumen (150 mL) de la solución hipersalina hasta un pH de entre
1,8 y 2,0 con la misma cantidad de óxido de magnesio,
neutralizándose una muestra a 95ºC y neutralizándose la otra
muestra a 105ºC. A continuación se permitió que las muestras
resultantes fueran sometidas a reacción durante una hora,
manteniéndose constante las respectivas temperaturas. A continuación
se permitió que las suspensiones resultantes reposaran durante toda
la noche.
Las alturas de los sólidos establecidos en las
muestras eran de 3,2 cm y 1,8 cm, respectivamente, para las
temperaturas de 95ºC y 105ºC, lo que indica un incremento del 44% en
la velocidad de establecimiento a la temperatura más alta. En cada
caso, los sólidos se filtraron rápidamente en un filtro de vacío, y
se pudo comprobar que el hierro final en la solución era < 1
mg/L en ambos casos. Este ejemplo demuestra el efecto beneficioso
de la temperatura sobre la precipitación de hierro a partir de
soluciones hipersalinas de cloruro de magnesio fuertes en un
procedimiento de separación de sólido/líquido. Dicho procedimiento
puede utilizarse en la separación del hierro de soluciones de
cloruro de magnesio en el proceso de la presente invención.
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Claims (44)
1. Proceso para el tratamiento de un mineral
de laterita, en el que el mineral de laterita contiene por lo menos
un óxido de metal de base en el que el mineral de laterita es
lixiviado a un pH de hasta 3 con un agente lixiviante, en el que el
agente lixiviante comprende ácido clorhídrico y por lo menos una sal
de cloruro que contiene cationes con un número de hidratación
superior al del hidrógeno para producir un lixiviado, la
concentración de iones cloruro es superior a aproximadamente 4,5
moles del cloruro total/litro de agente lixiviante y la relación
molar de cationes con un número de hidratación superior al del
hidrógeno con respecto a la cantidad de ácido clorhídrico en el
agente lixiviante es de entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente
4,5.
2. Proceso según la reivindicación 1 en el que
el catión se selecciona de entre el grupo que consiste de metales
alcalinos, metales alcalinotérreos, hierro férrico, hierro ferroso,
cobre cuproso, cobre cúprico, y mezclas de los mismos.
3. Proceso según la reivindicación 1 en el que
el catión se selecciona de entre el grupo que consiste de sodio,
calcio, potasio, litio, magnesio, hierro férrico, hierro ferroso,
cobre cuproso, cobre cúprico, y mezclas de los mismos.
4. Proceso según la reivindicación 1 en el
que, previamente a entrar en contacto con el mineral de laterita,
los cationes consisten esencialmente de magnesio.
5. Proceso según la reivindicación 1 en el que
al final de la etapa de lixiviación, por lo menos el 25% en peso
del catión es magnesio.
6. Proceso según la reivindicación 1 en el que
la concentración de iones cloruro es de entre 4,5 M y 14 M.
7. Proceso según la reivindicación 1 en el que
la concentración de iones cloruro es de entre 6 M y 12 M.
8. Proceso según la reivindicación 1 en el que
la relación molar de cationes en el agente lixiviante con respecto
a la cantidad de HCl en el agente lixiviante es de entre
aproximadamente 0,3 y aproximadamente 2,5.
9. Proceso según la reivindicación 1 en el que
el mineral de laterita comprende más de un 25% en peso de hierro y
la relación molar de cationes en el agente lixiviante con respecto a
la cantidad de HCl en el agente lixiviante es de entre
aproximadamente 0,15 y aproximadamente 3.
10. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita comprende más de un 25% en peso de
hierro y la relación molar de cationes en el agente lixiviante con
respecto a la cantidad de HCl en el agente lixiviante es de entre
aproximadamente 1 y aproximadamente 2,3.
11. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita comprende menos de un 25% en peso de
hierro y la relación molar de cationes en el agente lixiviante con
respecto a la cantidad de HCl en el agente lixiviante es de entre
aproximadamente 0,3 y aproximadamente 2.
12. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita comprende menos de un 25% en peso de
hierro y la relación molar de cationes en el agente lixiviante con
respecto a la cantidad de HCl en el agente lixiviante es de entre
aproximadamente 0,15 y aproximadamente 2,3.
13. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita comprende un mineral de metal de base
oxídico.
14. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita comprende un mineral laterítico de
níquel.
15. Proceso según la reivindicación 1 en el
que la lixiviación se lleva a cabo a una temperatura de entre 75ºC
y el punto de ebullición del agente lixiviante.
16. Proceso según la reivindicación 1 en el
que la lixiviación se lleva a cabo a una temperatura de entre 100ºC
y el punto de ebullición del agente lixiviante.
17. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el proceso se lleva a cabo en un recipiente no presurizado.
18. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el Eh se selecciona para mantener los metales de base en el
agente lixiviante en un estado divalente y para mantener el hierro
como hierro férrico.
19. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el Eh es de entre 300 mV y 700 mV.
20. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el Eh es de entre 350 mV y 600 mV.
21. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el pH del agente lixiviante al comienzo de la lixiviación es de
hasta aproximadamente 0,4, y el pH del agente lixiviante se
incrementa durante la etapa de lixiviación hasta un valor
comprendido en un intervalo de entre 0,4 y 2,5 para precipitar
hierro, según se mide mediante instrumentación convencional.
22. Proceso según la reivindicación 4 en el
que el pH del agente lixiviante al comienzo de la lixiviación es de
hasta aproximadamente 0,5 durante la etapa de lixiviación, y el pH
del agente lixiviante se incrementa durante la etapa de lixiviación
hasta un valor comprendido en un intervalo de entre 0,7 y 2,5 para
precipitar hierro, según se mide mediante instrumentación
convencional.
23. Proceso según la reivindicación 21 en el
que el lixiviado contiene en forma solubilizada un primer metal que
comprende por lo menos uno de entre cobre, aluminio, zinc y cromo y
un segundo metal que comprende por lo menos uno de entre níquel y
cobalto y en el que el proceso comprende adicionalmente:
(a) La separación de un lixiviado rico en
metales de valor del mineral de laterita en una primera separación
de sólidos/líquido;
(b) El incremento del pH del lixiviado para
obtener una fracción sólida que contiene por lo menos una parte del
primer metal y un primer lixiviado pobre en metal, y la separación
de la fracción sólida del primer lixiviado pobre en metal en una
segunda etapa de separación de sólidos/líquido;
(c) Un incremento adicional del pH del primer
lixiviado pobre en metal para obtener un segundo lixiviado pobre en
metal y una fracción sólida que contiene el segundo metal como un
hidróxido precipitado, y la separación de la fracción sólida que
contiene el segundo metal del segundo lixiviado pobre en metal en
una tercera etapa de separación de sólidos/líquido.
24. Proceso según la reivindicación 23 en el
que el lixiviado contiene también en forma solubilizada por lo
menos uno de entre hierro y manganeso y en el que la etapa (b)
comprende adicionalmente la oxidación del lixiviado rico en metales
de valor.
25. Proceso según la reivindicación 23 en el
que el lixiviado contiene también en forma solubilizada hierro y en
el que la etapa (b) comprende adicionalmente el tratamiento del
lixiviado rico en metales de valor para convertir el hierro ferroso
en hierro férrico.
26. Proceso según la reivindicación 23 en el
que el lixiviado contiene también en forma solubilizada manganeso y
en el que la etapa (b) comprende adicionalmente el tratamiento del
lixiviado rico en metales de valor de manera que el manganeso se
encuentre en su estado tetravalente.
27. Proceso según la reivindicación 23 en el
que el catión comprende magnesio y el segundo lixiviado pobre en
metal se somete a unas etapas de reciclaje para la recuperación del
cloruro de magnesio y del ácido clorhídrico.
28. Proceso según la reivindicación 23 en el
que, previamente a entrar en contacto con el mineral de laterita,
el catión es magnesio y el segundo lixiviado pobre en metal se
somete a tratamiento para producir una solución que comprende
cloruro de magnesio y ácido clorhídrico que se utiliza como el
agente lixiviante.
29. Proceso según la reivindicación 28 en el
que la etapa de tratamiento de la reivindicación 28 produce también
óxido de magnesio.
30. Proceso según la reivindicación 29 en el
que por lo menos parte del óxido de magnesio se utiliza como un
agente de ajuste del pH en por lo menos una de las etapas (b) y (c)
de la reivindicación 23.
31. Proceso según la reivindicación 30 en el
que la etapa de tratamiento de la reivindicación 28 incluye una
hidrólisis y una evaporación parcial.
32. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el agente lixiviante comprende ácido clorhídrico, cloruro de
magnesio y por lo menos uno de entre (i) un cloruro de metal
seleccionado de entre el grupo que consiste de por lo menos uno de
entre cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de calcio,
cloruro de cobre y cloruro de hierro que se añade al agente
lixiviante previamente a que el agente lixiviante entre en contacto
con el mineral de laterita; (ii) por lo menos un catión adicional
que es lixiviado a partir del mineral de laterita y (iii) un
oxidante.
33. Proceso según la reivindicación 32 en el
que se encuentran presentes cloruro de metal y un catión
adicional.
34. Proceso según la reivindicación 32 en el
que la cantidad de cloruro de metal y el catión adicional es de
entre el 1% en peso y el 25% en peso de la cantidad de cloruro de
magnesio.
35. Proceso según la reivindicación 32 en el
que se encuentra presente un oxidante.
36. Proceso según la reivindicación 35 en el
que el oxidante es por lo menos uno de entre aire, oxígeno, cloro,
hipoclorito, clorita, clorato, perclorato, permanganato y
peróxido.
37. Proceso según la reivindicación 32 en el
que se encuentran presentes por lo menos un cloruro de metal y un
oxidante.
38. Proceso según la reivindicación 37 en el
que el cloruro de metal es por lo menos uno de entre cloruro de
sodio, cloruro de potasio, cloruro de calcio, cloruro de cobre y
cloruro de hierro y el oxidante es por lo menos uno de entre aire,
oxígeno, cloro, hipoclorito, clorita, clorato, perclorato,
permanganato y peróxido de hidrógeno.
39. Proceso según la reivindicación 23 en el
que por lo menos una parte de uno de entre el primer lixiviado
pobre en metal y el segundo lixiviado pobre en metal es sometido a
tratamiento para regenerar el agente lixiviante mezclando una
solución de cloruro de magnesio con cloruro de hidrógeno
gaseoso.
40. Proceso según la reivindicación 39 en el
que la parte de uno de entre el primer lixiviado pobre en metal y
el segundo lixiviado pobre en metal es sometido a destilación para
la separación del ácido clorhídrico azeotrópico.
41. Proceso según la reivindicación 40 en el
que el cloruro de hidrogeno gaseoso se mezcla con la parte de uno
de entre el primer lixiviado pobre en metal y el segundo lixiviado
pobre en metal para incrementar la cantidad de ácido clorhídrico
separado como ácido clorhídrico azeotrópico.
42. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita se expone al agente lixiviante sin ser
sometido a una etapa de tostación.
43. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el mineral de laterita se obtiene a partir de horizontes de
limonita y saprolita.
44. Proceso según la reivindicación 1 en el
que el agente lixiviante es acuoso y tiene una cantidad de agua
libre que se selecciona para solubilizar los cloruros de metal sin
que se encuentre presente un exceso considerable de agua libre para
reaccionar con el hierro.
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