ES2715297T3 - Tratamiento de materiales sulfídicos - Google Patents
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Abstract
Un proceso para tratar un material sulfídico mixto que contiene sulfuro de plomo y al menos otro sulfuro de metal que incluye uno o más entre sulfuro de zinc o sulfuro de cobre, caracterizándose el proceso por las etapas de someter el material sulfídico mixto a oxidación selectiva, de modo que se oxida el sulfuro de plomo en el material para formar un compuesto de plomo oxidado al mismo tiempo que se evita una sustancial oxidación de al menos otro sulfuro de metal, y separar el compuesto de plomo oxidado del al menos otro sulfuro de metal utilizando un proceso de flotación
Description
DESCRIPCION
Tratamiento de materiales sulfidicos
La presente invencion se refiere a un proceso para el tratamiento de materiales sulfidicos. La presente invention es especialmente adecuada para el tratamiento de minerales o concentrados sulfidicos mixtos.
Antecedentes de la invencion
El plomo y el zinc suelen encontrarse en un mineral sulfidico mixto. Las masas de mineral sulfidico que contienen plomo y zinc pueden contener tambien sulfuros de cobre y hierro, as^ como oro y plata. La recuperation del plomo y zinc de los minerales de sulfuro mixtos se ha conseguido a traves de una serie de diferentes procesos. Por ejemplo, se puede tratar el mineral para formar un concentrado con un contenido de plomo y zinc mejorado y se puede someter el concentrado a procesos metalurgicos, como fundido, para recuperar metal plomo y zinc.
Alternativamente, el tratamiento de dichos minerales implica normalmente una serie de etapas de flotation para recuperar un concentrado de plomo de alta calidad y un concentrado de zinc de alta calidad. El concentrado de plomo de alta calidad se trata despues para recuperar el plomo y el concentrado de zinc de alta calidad se trata despues para recuperar el zinc.
Asimismo, se han utilizado tambien procesos hidrometalurgicos en los que se somete a lixiviacion el mineral o el concentrado con ácido sulfurico, segun lo cual se disuelve sulfuro de zinc (en forma de sulfato de zinc) en una solution de lixiviacion, recuperandose zinc mediante el uso de un proceso de extraction electrolitica.
A continuation, se exponen varios procesos para el tratamiento de materiales sulfidicos mixtos.
La patente estadounidense 3954450 divulga el contacto de material de sulfuro de plomo con un medio acuoso que contiene sulfato acuoso y amoniaco libre. Se introduce esta suspension en un vaso de reaction y se introduce oxigeno en el vaso. Se convierte el sulfuro en compuestos de plomo oxidicos sustancialmente insolubles en agua al mismo tiempo que se disuelve el zinc que pueda estar presente. Se separa la solucion que contiene zinc del relave solido y se trata la solucion para recuperar el metal zinc. Se somete el residuo a flotacion de espuma y el plomo queda en los relaves. Se tratan los relaves que contienen plomo para recuperar el metal de plomo. El concentrado de la etapa de flotacion de espuma contiene sulfuro de hierro y puede descartarse o enviarse a tratamiento para recuperar hierro.
La patente estadounidense 4063933 describe un proceso para el tratamiento de un concentrado de sulfuro que contiene plomo, cobre, zinc y plata para recuperar selectivamente estos metales. El proceso comprende el contacto del concentrado con ácido sulfurico en presencia de oxigeno a una presion y una temperatura elevadas para extraer el cobre y el zinc del concentrado (por disolucion como sulfatos solubles), seguido de la recuperacion del cobre y el zinc de la solucion. Se pone en contacto el residuo de lixiviacion (que contiene plomo) con cal para eliminar el azufre. A continuacion, se pone en contacto el residuo de lixiviacion con una mezcla de cloruro de calcio y cloruro ferrico para extraer el plomo y la plata.
La patente estadounidense 4545963 describe la recuperacion por separado de valores de zinc y de plomo de minerales de sulfuro que contienen zinc y plomo que contienen tambien hierro. El proceso comprende moler el mineral, someter el mineral molido a una primera etapa de flotacion para hacer flotar el concentrado de plomo inicial que contiene zinc y producir relaves que contienen zinc y hierro. Se somete el relave que contiene zinc y hierro a una segunda etapa de flotacion para hacer flotar un concentrado de zinc inicial y producir un relave. El concentrado de zinc inicial se somete despues a una tercera etapa de flotacion para hacer flotar otro concentrado de zinc que contiene hierro y produce tambien relaves que contienen zinc y hierro. Se someten a lixiviacion los relaves de la tercera etapa de flotacion y al menos la portion que contiene plomo y zinc del concentrado de plomo inicial en condiciones de oxidation a una temperatura comprendida entre 130 y 170 °C en ácido sulfurico acuoso para producir un residuo que contiene plomo y una primera solucion de lixiviacion que contiene zinc y hierro. La etapa de lixiviacion en ácido tiene como resultado la disolucion de zinc, que se puede recuperar posteriormente por extraccion electrolitica.
La patente estadounidense 4568525 describe un metodo para producir un concentrado que contiene sulfuro de zinc a partir de un concentrado de plomo y zinc mixto. Dicho proceso implica la lixiviacion selectiva de plomo utilizando una solucion de cloruro ferroso introduciendo burbujas a traves de la solucion de lixiviacion con un gas que contiene oxigeno. Se convierte el sulfuro de plomo en cloruro de plomo, que o bien se disuelve en la solucion o bien forma un precipitado de cloruro de plomo, que se puede separar despues del sulfuro de zinc a traves de cualquier tecnica fisica, como flotacion. La selectividad de conversion del sulfuro de plomo en cloruro de plomo se potencia llevando a cabo una etapa de lixiviacion utilizando una granulometria relativamente gruesa del material de alimentation, siendo preferente una distribution del tamano de parficula que tiene un d80 superior a aproximadamente 200 |jm.
La publicacion de patente internacional numero WO 96/07762 describe la lixiviacion de concentrados mixtos en un autoclave oxidando componentes de azufre en el material de alimentacion para producir acido sulfurico in situ. Se neutraliza la suspension resultante de la lixiviacion y se separan los metales a traves de procesos conocidos despues de haber sometido la suspension a una etapa de separacion solido/liquido. Las condiciones empleadas en la autoclave incluyen temperaturas de al menos 180 °C y presiones en el intervalo de 2 a 8 atm.
La publicacion de patente internacional numero WO 96/15279 describe la activacion mecanica de minerales de sulfuro para inducir reacciones quimicas entre minerales de sulfuro y ciertos reactivos a bajas temperaturas que causan la descomposicion quimica de los granos de sulfuro. El punto de mira principal de las realizaciones especificas de esta patente se refiere al tratamiento de polvos que contienen ZnS. Se mezcla oxido de cobre con el ZnS para formar sulfato de zinc de acuerdo con la siguiente reaccion:
ZnS 8CuO ^ ZnSO4 4Cu2O
Se separa el sulfato de zinc soluble del oxido de cobre insoluble por lixiviacion con agua.
Los minerales de sulfuro mixtos se tratan tambien a traves del “proceso de Albion". El proceso de Albion fue desarrollado por MIM Holdings (actualmente Xstrata Plc) y esta comercializado por Xstrata Technology. El proceso implica una molienda ultrafina de un mineral o concentrado, seguido de la lixiviacion oxidativa a presion atmosferica en tanques agitados convencionales. Se pueden tratar los concentrados de zinc en el proceso de Albion para producir una solucion de lixiviacion que contiene zinc disuelto y un solido residual de lixiviacion que contiene otro material oxidado. Se puede recuperar el zinc de la solucion de lixiviacion por extraccion electrolitica.
El proceso de Albion tambien se ha utilizado para recuperar oro, cobre y plata.
A lo largo de la presente memoria descriptiva, el termino “que comprende” y sus equivalentes gramaticales equivalentes se entenderan por tener un significado inclusivo a no ser que el contexto en el que se utilice indique lo contrario.
El autor de la presente solicitud no concede que lo explicado anteriormente en la presente memoria descriptiva forme parte del comentario de conocimiento en Australia o en otro lugar.
Breve descripcion de la invencion
En un primer aspecto, la presente invencion proporciona un proceso para el tratamiento de un material sulfidico mixto que contiene sulfuro de plomo y al menos otro sulfuro de metal incluyendo uno o mas entre sulfuro de zinc o sulfuro de cobre, comprendiendo dicho proceso las etapas de someter el material sulfidico mixto a oxidacion selectiva de tal manera que el sulfuro de plomo en el material se oxida para formar un compuesto de plomo oxidado, al tiempo que se evita la sustancial oxidacion de al menos otro sulfuro de metal, y la separacion del compuesto de plomo oxidado del al menos otro sulfuro de metal utilizando un proceso de flotacion.
En una realización, se separa el compuesto de plomo oxidado del al menos otro sulfuro de metal mediante el uso de una etapa de flotacion. En la etapa de flotacion, el compuesto de plomo oxidado queda en la corriente de relave y el al menos otro sulfuro de metal se recupera en un concentrado. La corriente de relave puede someterse entonces a un posterior tratamiento para recuperar el plomo desde ella.
El material que puede formar el material de alimentacion para el proceso de la presente invencion puede comprender un mineral de sulfuro o un concentrado de sulfuro. El material de sulfuro contiene sulfuro de plomo y al menos otro sulfuro de metal, como sulfuro de zinc y/o sulfuro de hierro. Tambien pueden estar presentes otros sulfuros de metal, como sulfuro de cobre.
El material de alimentacion que se proporciona para el proceso de la presente invencion puede comprender un mineral o un concentrado. Si el material de alimentacion comprende un concentrado, dicho concentrado puede haberse preparado sometiendo un mineral de sulfuro a un tratamiento de flotacion para reducir el contenido de ganga y para aumentar las concentraciones de sulfuro.
El material de alimentacion que se proporciona comprendera normalmente material en parficulas. Normalmente, el material de alimentacion tiene una distribucion del tamano de parficulas que se ajusta segun los requisitos del procesamiento de cualquiera de los procesos que tienen lugar corriente arriba de la presente invencion, como pueda ser cualquiera de las etapas de flotacion que puedan llevarse a cabo para formar un concentrado para alimentar el proceso de la presente invencion.
El material de alimentacion puede someterse a molienda antes de la etapa de oxidacion selectiva. En una realización, se somete el material de alimentacion a un proceso de molienda ultrafina. En una realización, se somete el material de la etapa (a) a molienda de manera que el material tiene un d80 inferior a 20 |jm, mas preferentemente inferior a 15 jm, incluso mas preferentemente inferior a 10 jm , lo mas preferentemente inferior a 7 jm.
En otras realizaciones, el material de alimentacion puede someterse a molienda para producir un tamano de molido mas grueso que el que se ha indicado anteriormente.
Las personas expertas en la materia reconoceran que la molienda del material de alimentacion y la distribucion del tamano de particula del material de alimentacion dependeran en cierto modo de haber conseguid una liberacion del mineral adecuada para permitir que tenga lugar una oxidacion selectiva y una separacion selectiva, asi como el uso final deseado del producto del proceso de la presente invencion. Por ejemplo, si una planta corriente abajo requiere que una corriente con contenido de plomo tenga una distribucion del tamano de particulas determinada, se somete deseablemente el material de alimentacion a molienda para conseguir el tamano de particula corriente abajo deseado en la corriente de producto que contiene plomo. En algunos casos, esto puede implicar la compensacion entre el rendimiento/recuperacion del plomo desde el material de alimentacion y la mejora en el sentido economico del proceso corriente abajo. Las consideraciones del coste del funcionamiento tambien pueden influir en la molienda del material de alimentacion (por ejemplo, buscando el equilibrio entre un mejor rendimiento y un aumento de los costes de la molienda). Normalmente, un tamano de particula mas fino tendra como resultado una mayor conversion del plomo a la forma oxidada, pero es posible que se tengan en cuenta otras consideraciones (tal como se ha explicado) que lleven a utilizar un tamano de particula mas grueso del material de alimentacion. Tambien es posible que la recuperacion de parte del plomo en forma de sulfuro aumente el contenido de plomo del producto. Por tanto, si el producto con contenido de plomo de la presente invencion esta destinado a su venta como producto en si, es posible que sea deseable limitar la cantidad de oxidacion del plomo a aquella que sea capaz de causar la separacion del material con contenido de plomo (que incluira sulfuro de plomo y compuestos de plomo oxidados) de los demas sulfuros de metal presentes.
La etapa de molienda puede llevarse a cabo utilizando cualquier equipo de molienda conocido. Un tipo de equipo de molienda adecuado para su uso en la etapa de molienda es un molino de agitacion horizontal, como por ejemplo un molino de molienda distribuido por Xstrata Technology y que se vende con el nombre comercial IsaMill™. El IsaMill™ es especialmente adecuado para su uso en la presente invencion ya que permite conseguir una molienda fina de forma economica. Sin embargo, las personas expertas en la materia entenderan que es posible utilizar tambien otros equipos de molienda o molinos en la presente invencion.
Normalmente, se sometera a molienda el material sulfidico en forma de una suspension acuosa. Se puede mezclar simplemente el material sulfidico con agua para formar la suspension en la etapa de molienda. Alternativamente, se puede moler en seco el material sulfidico y despues prepararlo en forma de suspension.
El material molido que sale del molino (que puede estar en forma de suspension o de pulpa) se somete a continuacion a un proceso de oxidacion. Si el material de alimentacion no requiere molienda, se sometera el material de alimentacion a un proceso de oxidacion. El proceso de oxidacion se pone en funcionamiento para que el sulfuro de plomo se oxide para formar un compuesto de plomo oxidado, al mismo tiempo que se limita o evita una sustancial oxidacion de los demas sulfuros de metal. Se podra apreciar que es posible que tenga lugar la oxidacion de algunos del al menos otro sulfuro de metal, pero es deseable mantener la oxidacion del al menos uno de los demas oxidos de metal en un minimo. El compuesto de plomo oxidado puede comprender sulfato de plomo u oxido de plomo o, de hecho, cualquier compuesto o compuestos de plomo derivado de la oxidacion de sulfuro de plomo.
En una realización, se oxida al menos 50 % del sulfuro de plomo presente en el material sulfidico en la etapa de oxidacion selectiva. Convenientemente, se oxida de 75 a 100 % del sulfuro de plomo presente en el material, mas convenientemente se oxida de 75 a 90 % o incluso de 75 a 80% del sulfuro de plomo presente en el material.
La oxidacion del sulfuro de plomo puede conseguirse pasando un gas que contiene oxigeno, como por ejemplo aire, a traves de la suspension o pulpa del material sulfidico mixto. Puede utilizarse un equipo de mezclado convencional para conseguir el mezclado del gas que contiene oxigeno con la pulpa o suspension. Por ejemplo, puede utilizarse el equipo de mezclado utilizado en el proceso de Albion (tal como se ha explicado). El equipo de mezclado puede comprender un tanque agitado que tanga dispositivos de aireacion y rociadores situados en la parte inferior del tanque. El tanque puede agitarse mediante el uso de uno o mas impulsores, agitadores o palas.
La etapa de oxidacion puede tener lugar en un tanque abierto. La etapa de oxidacion puede tener lugar a presion atmosferica.
En una realizacion preferente, se anade aire a la pulpa o suspension del material sulfidico mixto para oxidar selectivamente el sulfuro de plomo.
En algunas realizaciones, se anade un exceso de aire o gas que contiene oxigeno (calculado sobre el oxigeno necesario para oxidar sulfuro de plomo). En algunas realizaciones, se utiliza exceso de oxigeno sobre la base de la estequiometria, sobre la base de la cantidad de oxigeno necesaria para la oxidacion estequiometrica del sulfuro de plomo.
En algunas realizaciones, se puede conseguir la oxidacion selectiva del sulfuro de plomo, simplemente, mezclando la pulpa o suspension con aire (u otro gras que contenga oxigeno). En algunas realizaciones, la oxidacion selectiva
del sulfuro de plomo puede conseguirse, simplemente, mezclando la pulpa o suspension con aire u otro gas que contenga oxigeno y potenciarse ademas mediante la combinacion con otros oxidantes, como iones ferricos.
En otras realizaciones, la etapa de oxidacion se lleva a cabo en condicione acidas. Por ejemplo, se puede anadir ácido sulfurico a la suspension o pulpa, ademas del aire u otro gas que contiene oxigeno. Sin pretender vincularse a teoria alguna, los autores de la presente invencion creen que llevar a cabo la etapa de oxidacion en condiciones acidas aumenta la velocidad de la reaccion de oxidacion que convierte el sulfuro de plomo en sulfato de plomo. En estas realizaciones, el pH de la etapa de oxidacion selectiva puede controlarse para que entre en el intervalo de 0 a 4.
El ácido sulfurico es el ácido preferente para su uso si se va a poner en funcionamiento la etapa de oxidacion en condiciones acidas, ya que esto favorece la formacion de sulfato de plomo durante el proceso de oxidacion. La cantidad de ácido sulfurico requerida para su adicion en esta realizacion de la etapa de oxidacion dependera de la cantidad de sulfuro de plomo presente en el material mineral y la cantidad de las demas especies consumidoras de ácido presentes en el material mineral. Los autores de la presente invencion creen que probablemente haya que anadir en la etapa de oxidacion una cantidad de ácido sulfurico equivalente a entre 60 % y 300 % del ácido sulfurico requerido para convertir los sulfuros de plomo en sulfato de plomo.
Tal como se ha mencionado, la etapa de oxidacion puede tener como objetivo una oxidacion de entre el 50 % y el 100 % del sulfuro de plomo presente en el material. Esto sirve para reducir al minimo la cantidad de plomo que queda en el concentrado en la posterior etapa de flotacion. Esto reduce al minimo tambien la cantidad de oxidacion de otros sulfuros. Si tiene lugar la oxidacion de los demas sulfuros, debe quedar en los relaves en la posterior etapa de flotacion y diluirse el contenido de plomo de los relaves, o pueden quedar en la solucion, lo cual requerira un procesamiento de la solucion adicional para su recuperacion.
Tal como se ha mencionado, la etapa de oxidacion se lleva a cabo convenientemente mezclando aire con una pulpa o suspension en un tanque de mezclado. La pulpa o la suspension en el tanque de mezclado pueden tener una relacion de solidos de 5 a 80 % en peso. En una realizacion de la presente invencion, puede utilizarse una relacion en solidos bastante convencional de 20 a 25 % en peso de solidos en la pulpa o la suspension. En otras realizaciones de la presente invencion, se puede emplear una relacion en solidos mas alta de 50 a 65 % en peso. En una realizacion de la presente invencion, la etapa de reaccion se pone en funcionamiento preferentemente tambien inyectando y mezclado aire en la pulpa o suspension del material mineral. La cantidad de aire que se puede inyectar excedera la cantidad de aire necesaria para llevar a efecto la oxidacion de galena (sobre la base de las necesidades estequiometricas). Sin pretender vincularse a teoria alguna, los autores de la presente invencion creen que es posible que sea deseable utilizar aire en la etapa de oxidacion de la presente invencion en lugar de oxigeno puro ya que el uso de aire puede tener como resultado una oxidacion menos eficiente en comparacion con el uso de oxigeno puro y esto puede retardar la oxidacion de las demas especies de sulfuro en el material mineral. Por la misma razon, puede ser tambien deseable utilizar una relacion en solidos relativamente alta de aproximadamente 50 % a 65 % en peso en la pulpa o suspension presente en la etapa de oxidacion.
La temperatura de la etapa de oxidacion selectiva puede influir en la cinetica, pero se cree que no es especialmente critica. De hecho, es posible que no sea necesario proporcionar ningun calentamiento externo para la etapa de oxidacion selectiva, salvo la entrada de calor causada por la agitacion de la pulpa o la suspension o desde el (los) proceso(s) corriente arriba. En este sentido, la etapa de oxidacion selectiva se puede llevar a cabo autotermicamente. La temperatura se puede controlar segun la velocidad de adicion de ácido sulfurico, oxigeno (y/u otros agentes de oxidacion) y segun la densidad de la pulpa o suspension. Asimismo, si el proceso se va a poner en funcionamiento en un clima calido, puede ser necesario enfriar la pulpa o suspension en la etapa de oxidacion selectiva para reducir al minimo y evitar la oxidacion de los compuestos de sulfuro que no sean el sulfuro de plomo. El tiempo de residencia utilizado en la etapa de oxidacion selectiva puede variar dentro de un amplio intervalo. Los tiempos de residencia adecuados pueden entrar dentro del intervalo comprendido entre menos de 1 hora y 120 horas. El tiempo de residencia puede depender del tipo de material de alimentacion provisto en el proceso y el pH en el que se lleva a cabo la etapa de oxidacion. El tiempo de residencia utilizado en esta etapa puede determinarse segun el tiempo necesario para conseguir el nivel deseado de oxidacion del sulfuro de plomo, al mismo tiempo que evite tambien la oxidacion de otros compuestos de sulfuro. Por tanto, se podra deducir que es posible utilizar tiempos de residencia mas largos o mas cortos que los intervalos indicados.
Tras la etapa de oxidacion selectiva, se separa el compuesto de plomo oxidado de los demas sulfuros de metal. En una realización, se envia la pulpa o suspension derivada de la etapa de oxidacion selectiva a la etapa de flotacion o el proceso de flotacion.
En las realizaciones en las que se separa el compuesto de plomo oxidado de los demas sulfuros de metal por flotacion, la etapa de flotation puede comprender cualquier etapa de flotation o proceso de flotation conocido entre las personas expertas en la tecnica.
Se concentra el plomo y se recupera en los relaves de la etapa de flotacion. En algunas realizaciones, es deseable que un 90 % o mas de los demas minerales presentes en el material de alimentation queda en el sobreflujo/espuma. Esto tendra como resultado que los relaves queden menos diluidos con otros minerales y que por lo tanto tengan un mayor contenido de plomo. Deseablemente, se consigue la recuperation de un 95 % o mas de los demas minerales para el sobreflujo/espuma, incluso mas deseablemente 98 % o mas.
En algunas realizaciones, los relaves pueden contener niveles de plomo de 40-75 % en peso. Dicho material de relave puede ser adecuado para su uso como material de alimentacion para un proceso de recuperacion de plomo, como pueda ser fundido de plomo, sin requerir posterior tratamiento. Sin embargo, debe entenderse tambien que la presente invention abarca las situaciones en las que el material de relave que contiene plomo se somete a una mayor mejora para aumentar mas el contenido de plomo antes de la recuperacion de plomo y/o otras formas de procesamiento para extraer valor.
En realizaciones en la que los otros sulfuros de metal comprenden sulfuro de zinc, el concentrado recuperado de la etapa de flotacion (que comprende la corriente de sobreflujo/espuma) comprende un concentrado que contiene zinc. Se puede tratar dicho concentrado para recuperar zinc. Por ejemplo, el concentrado puede incluir sulfuro de zinc y se puede tratar el concentrado utilizando procesos pirometalurgicos (como fundido) o procesos hidrometalurgicos (incluso lixiviacion o extraction electrolitica) para recuperar el zinc.
Asimismo, se puede emplear una serie de otras tecnicas de separation para separar el compuesto de plomo oxidado de los demas sulfuros de metal o compuestos de metal oxidados. Estas otras tecnicas pueden incluir tecnicas de separacion por gravedad, lixiviacion selectiva de Pb del producto oxidado y de otros sulfuros de metal o compuestos de metal oxidados y otras tecnicas conocidas entre los expertos en la materia.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 presenta una lamina de flujo de una realization de la presente invencion; y
La Figura 2 presenta una lamina de flujo de otra realizacion de la presente invencion.
Descripcion detallada de los dibujos
Debera entenderse que los dibujos se proporcionan con el fin de describir las realizaciones preferentes de la presente invencion. Por lo tanto, las personas expertas en la materia apreciaran que la presente invencion no debera considerarse como limitada solamente a las caracteristicas que se muestran en los dibujos adjuntos.
La primera etapa del proceso presentada en las realizaciones descritas haciendo referencia a los dibujos adjuntos de la presente invencion implica la molienda del material de alimentacion. Dicha etapa de molienda tiene como resultado un aumento espectacular del area superficial mineral. En algunas realizaciones de la presente invencion, esta primera etapa del proceso implica una molienda ultrafina, por ejemplo para que el d80 del material molido sea inferior a 10 |jm, mas preferentemente inferior a 7 |jm y posiblemente incluso inferior a 5 |jm.
La etapa de molienda se lleva a cabo en cualquier aparato de molienda conocido como adecuado entre las personas expertas en la materia. Un molino especialmente adecuado que se puede utilizar en la etapa de molienda es el IsaMill™, distribuido por Xstrata Technology.
Los reactivos podrian introducirse en cualquier reactor quimico, incluyendo, directamente a la etapa de molienda, lo cual proporciona un alto grado de contacto directo entre los reactivos.
La suspension o pulpa molida que sale de la etapa de molienda pasa entonces a la etapa de oxidation. En una realizacion preferente de la presente invencion, la etapa de oxidacion se lleva a cabo en tanques agitados abiertos. Se introduce la suspension o pulpa molida en los tanques. Se introduce tambien aire y ácido sulfurico en los tanques y se mezcla con la suspension o pulpa molida en los tanques. Se puede inyectar el aire a traves de rociadores o dispositivos de aireacion situados en la parte inferior de los tanques. Se pueden emplear impulsores, agitadores o palas para agitar el material del tanque.
Tal como se ha mencionado, la cantidad de ácido sulfurico requerida para su adicion en esta realizacion de la etapa de oxidacion dependera de la cantidad de sulfuro de plomo presente en el material mineral y la cantidad de otras especies consumidoras de ácido presentes en el material mineral. Los autores de la presente invencion creen que la cantidad que haya que agregarse probablemente a la etapa de oxidacion sea una cantidad equivalente a 60 % a 100 % del ácido sulfurico necesario para convertir los sulfuros de plomo en sulfato de plomo.
El pH de la etapa de oxidacion puede controlarse para que entre dentro del intervalo de 0 a 4. Una posible estrategia de control para controlar la etapa de oxidacion es supervisar el pH de la etapa de oxidacion y concluir que la conversion de los sulfuros de plomo en compuesto(s) de plomo oxidados esta completada esencialmente cuando el pH alcanza aproximadamente 4. Si se lleva a cabo el proceso como un proceso discontinuo, se puede anadir el ácido en una serie de diferentes etapas o se puede anadir el ácido en una sola etapa. En otras realizaciones, se puede poner en funcionamiento el proceso como un proceso continuo.
Otra posible estrategia de control para controlar la etapa de oxidacion sera supervisar el nivel de oxidacion de galena/sulfuros de plomo en la etapa de oxidacion y el ORP normal (potencial de reduccion de oxidacion). Por ejemplo, podria ser deseable tener un objetivo de entre 75 y 100 % de oxidacion de galena, mas preferentemente de 75 a 90 % o de 75 a 80 % de oxidacion de galena en sulfato de plomo u otro compuesto de plomo oxidado. Esto reducira al minimo la cantidad de plomo que queda en la corriente de concentrado en la etapa de flotacion que sigue a la etapa de oxidacion y reducira la cantidad de otros sulfuros de metal como sulfuro de zinc y sulfuro de hierro, que quedan en los relaves en la etapa de flotacion.
La etapa de oxidacion se pone en funcionamiento preferentemente tambien inyectando y mezclando aire en la pulpa o suspension del material mineral. La cantidad de aire que se puede inyectar excedera normalmente la cantidad de aire necesaria para llevar a cabo la oxidacion de galena (sobre la base de las necesidades estequiometricas). Sin pretender vincularse a teoria alguna, los autores de la invencion creen que el aire puede ser deseable para su uso en la etapa de oxidacion de la presente invencion en lugar de oxigeno puro ya que la utilizacion de aire puede tener como resultado una oxidacion menos eficiente en comparacion con el uso de oxigeno puro y esto podria retardar la oxidacion de otras especies de sulfuro en el material mineral. Por la misma razon, tambien puede ser deseable utilizar una relacion en solidos relativamente alta de aproximadamente 50 % a 65 % en peso en la pulpa o la suspension presente en la etapa de oxidacion. Sin embargo, la presente invencion abarca tambien otras relaciones de solidos, incluyendo una relacion en solidos mas tipica de 20 a 25 % en peso de solidos en la etapa de oxidacion.
La etapa de oxidacion puede ponerse en funcionamiento sin aplicar ningun calentamiento externo. En este sentido, la etapa de oxidacion puede ponerse en funcionamiento auto-termicamente, solamente con la entrada de energia en la etapa de oxidacion que se produce con la agitacion de la pulpa o la suspension. En estas condiciones, la temperatura real de la etapa de oxidacion dependera de la temperatura ambiente, la cantidad de ácido anadida, la cantidad de aire anadida y la relacion de solidos de la pulpa o suspension. Los autores de la presente invencion han llevado a cabo un trabajo de analisis que indica que el proceso de oxidacion puede ponerse en funcionamiento a temperaturas comprendidas en cualquier punto entre 20 °C y 55 °C o mas. En las regiones en las que el clima dominante es un clima de alta temperatura, puede ser incluso necesario enfriar la pulpa o la suspension en la etapa de oxidacion para reducir al minimo la oxidacion de los materiales de sulfuro distintos a sulfuro de plomo.
Aunque es preferente anadir ácido sulfurico en la etapa de oxidacion, es posible que se pueda poner en funcionamiento la etapa de oxidacion simplemente mezclando oxigeno o gas que contiene oxigeno con la pulpa o suspension. De manera similar, se podrian utilizar otros agentes de oxidacion, como iones ferricos, en la etapa de oxidacion.
El tiempo de residencia utilizado en la etapa de oxidacion puede variar en un amplio intervalo, siendo adecuados posiblemente tiempos de residencia comprendidos entre 1 hora y 120 horas. El tiempo de residencia dependera en gran medida del pH, la velocidad de adicion de ácido, la relacion de solidos, la cantidad de aire inyectado en la pulpa o suspension en el grado de oxidacion de los sulfuros de plomo que sea deseable.
Una vez oxidado el material mineral en el grado deseado para causar una oxidacion selectiva de la cantidad deseada de sulfuros de plomo (lo cual es convenientemente una proporcion sustancial de los sulfuros de plomo presentes en el material mineral), se separa la suspension o pulpa de material mineral de la etapa de oxidacion. A continuacion, se somete el material mineral tratado a una etapa de separacion, como pueda ser una etapa de flotacion. Se puede pasar simplemente la pulpa o suspension separada de la etapa de oxidacion a un circuito de flotacion. Alternativamente, se puede someter la pulpa o suspension separada de la etapa de oxidacion a una separacion solida/liquida (como por ejemplo filtracion). El liquido recuperado puede reciclarse en la etapa de oxidacion. El material solido puede lavarse y volver a formar una pulpa y enviarse la pulpa al circuito de flotacion.
Pueden emplearse en la presente invencion los circuitos de flotacion convencionales. Las personas expertas en la tecnica entenderan enseguida como funcionan los circuitos de flotacion convencionales y por lo tanto, no sera necesario proporcionar una mayor descripcion para ello. Puede utilizarse cualquier colector conocido en el circuito de flotacion.
La etapa de flotacion tiene como resultado la production de un relave que contiene compuestos de plomo oxidados y un concentrado que contiene sulfuro de zinc y otros sulfuros. Como resultado, el volumen del material que contiene plomo queda en los relaves. Se puede tratar los relaves entonces para recuperar el plomo de ellos. Por ejemplo, se pueden proporcionar los relaves como material de alimentation para un fundidor de plomo o un alto horno de plomo. El relave puede mejorarse ademas aplicando una tecnologia conocida o convencional para mejorar aun mas el contenido de plomo del relave antes de enviar el relave al proceso de recuperation de plomo.
Los trabajos experim ental llevados a cabo por los autores de la presente invencion han demostrado que el contenido de plomo del relave puede oscilar entre 20 y 75 % en peso de Pb. Un objetivo de funcionamiento del proceso de la presente invencion seria un objetivo del 90 % mas la recuperacion de otros minerales en la corriente de sobreflujo de la etapa de flotation. Deseablemente, quedara al menos un 95 %, o incluso un 98 % de los demas minerales de sulfuro (no plomo) en la corriente de sobreflujo/concentrado.
El concentrado recuperado de la etapa de flotacion (que representa una corriente de sobre flujo o una corriente de espuma) contiene sulfuro de zinc y otros materiales de sulfuro. Este concentrado puede enviarse a posterior procesamiento.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo del proceso basico de acuerdo con una realization de la presente invencion. En la Figura 1, se introduce un material de alimentation de sulfuro mixto 10 en un molino 12. El material de alimentacion de sulfuro mixto comprende al menos sulfuro de plomo (p.ej., galena) y sulfuro de zinc (p.ej., esfalerita). Dichos sulfuros mixtos tambien contienen normalmente otros materiales de sulfuro, como sulfuro de hierro (pirita) y sulfuro de cobre (calcopirita). Un ejemplo de dicho material de sulfuro mixto es el mineral recuperado de la mina McArthur River en Territorio del Norte, Australia, y tambien el mineral recuperado de la mina Mount Isa en Queensland, Australia. El material de alimentacion 10 puede comprender un mineral. Sin embargo, la practica habitual es mejorarlos tal como se extraen en concentrados (por ejemplo, sometiendolos segun se extraen a un proceso de flotacion para separar el exceso de ganga de los minerales) y un material de alimentacion preferente 10 comprende un concentrado mineral.
Se somete el material de alimentacion a una etapa de molienda ultrafina con un molino 12. Normalmente, se mezcla agua 14 con el material de alimentacion 10 para que la suspension o pulpa este presente en el molino 12.
Una vez que se ha molido el material hasta el grado deseado, la pulpa o suspension sale del molino en 16 y pasa a la etapa de oxidation 18. La etapa de oxidation 18 se lleva a cabo convenientemente en tanques agitados abiertos. Se anade aire 20 y ácido sulfurico 22 a la suspension 16 en la etapa de oxidacion. En la etapa de oxidacion, se oxida un sulfuro de plomo. En una realización, se oxida el sulfuro de plomo en sulfato de plomo. Sin embargo, el sulfuro de plomo puede oxidarse para formar cualquier compuesto de plomo que este mas oxidado que el sulfuro de plomo, incluyendo sulfato de plomo y/o oxido de plomo.
Una vez que el sulfuro de plomo presente en el material se ha oxidado hasta el grado deseado, se separa la pulpa oxidada 24 de la etapa de oxidacion y se pasa a la etapa de flotacion 26. La etapa de flotacion 26 puede comprender un circuito de flotacion convencional tal como conocen las personas expertas en la materia. La etapa de flotacion 26 puede comprender una sola etapa de flotacion o puede comprender un circuito de flotacion de varias etapas.
En la etapa de flotacion 26, se recogen en burbujas los materiales de sulfuro sin reaccionar, incluyendo sulfuro de zinc y sulfuro de hierro, y dejan la etapa de flotacion a traves de una corriente de sobreflujo o concentrado 28. El sulfato de plomo queda en los relaves 30 y se separa del circuito de flotacion con el relave.
El relave 30 puede tratarse entonces para recuperar el plomo del mismo. Se puede tratar el concentrado 28 para recuperar otros sulfuros. Pueden emplearse procesos de recuperacion de plomo y de recuperacion de zinc convencionales.
La Figura 2 presenta un diagrama de flujo de una variante mas detallada del proceso presentado en la Figura 1. En la Figura 2, se introduce el material de alimentacion 110 en un molino 112. Se mezcla agua 114 con el material de alimentacion para formar una pulpa o suspension en el molino 112. Se separa el material molido 116 del molino y se introduce en la etapa de oxidacion 118. Se inyecta aire 120 en la etapa de oxidacion. Se anade ácido sulfurico 122 a la etapa de oxidacion 118.
Se pasa la suspension o pulpa oxidada 124 que sale de la etapa de oxidacion a una etapa de separation de liquido/solido 126. La etapa de separacion de liquido/solido 126 puede ser convenientemente una etapa de filtration. El liquido separado 128, que tiene un contenido de ácido apreciable, puede reciclarse para la etapa de oxidacion 118.
Se someten los solidos separados 130 a lavado 132, convenientemente con agua. A continuation, se mezclan los solidos lavados 134 con mas agua 136 en la etapa de formation de pulpa nuevamente 138. Los solidos formados de nuevo en pulpa 140 se transfieren entonces a la etapa de flotacion 142. El sulfato de plomo queda en el relave 144 y el sulfuro de zinc y otros sulfuros quedan en la corriente de sobreflujo /concentrado 146. El relave 144 se transfiere a un proceso de recuperacion de plomo 148. Se transfieren el concentrado que contiene zinc 146 al proceso de recuperacion de zinc 150.
Aunque las realizaciones de la presente invencion mostradas en las Figuras 1 y 2 emplean una etapa de flotacion para separar el compuesto de plomo oxidado de al menos otro sulfuro de metal, se podra apreciar que es posible utilizar otras tecnicas de separacion diversas para separar el compuesto de plomo oxidado de al menos otro sulfuro de metal. Estas y otras tecnicas pueden incluir tecnicas de separacion por gravedad, lixiviacion selectiva de Pb
desde el producto oxidado y desde otros sulfuros de metal de compuestos de metal oxidados y otras tecnicas conocidas entre los expertos en la materia.
Ejemplos - Analisis 1 a 5
Se llevaron a cabo los analisis con un concentrado que tenia la composicion que se expone en la Tabla 1, utilizandose como material de alimentacion.
Tabla 1:
El concentrado tambien contenia Cl, F, As, Sb, Tl, Ge, Ag, As, Co, F, Mn y Ni en cantidades de partes por millon. El concentrado tenia un tamano de particula d80 en torno a 7 micrometros.
El objetivo del trabajo de analisis llevado a cabo en estos ejemplos fue verificar la respuesta obtenida en los analisis a escala experimental del concentrado en volumen de un proceso de oxidacion de plomo selectivo seguido de una etapa de flotacion para generar tanto un concentrado de zinc (<4 % niveles de plomo) y un concentrado de plomo (+50% niveles de Pb) a un nivel de escala piloto mayor (600 litros).
Las condiciones de cada analisis variaron, si bien el oxidante se proporciono por inyeccion a 130 lpm para todos los analisis y el objetivo de adicion de ácido permanecio constante para todos los analisis emprendidos sobre la base en torno a la necesidad estequiometrica para la oxidacion de galena en anglesita a traves de:
PbS / O2 H2SO4 = PbSO4 So H2O
Los 3 primeros analisis llevados a cabo revisaron el efecto de la adicion por etapas de ácido a una velocidad controlada para mantener la solucion a un pH comprendido entre pH 2-4 durante un periodo de lixiviacion prolongado.
Se llevo a cabo el analisis 1 en condiciones ambiente, que fueron aproximadamente 18 °C y elevando a 30 °C a un 50 % de solidos.
Se llevo a cabo el analisis 2 a 55 °C objetivo y un 50 de solidos.
Se llevo a cabo el analisis 3 a 55 °C objetivo y a un 25 % de solidos.
Los tiempos de residencia requeridos para generar suficiente oxidacion de galena en sulfato de plomo variaron entre 70-140 horas a traves de esta metodoiogia.
Se llevaron a cabo los analisis 4 y 5 con una dosis unica de ácido a la pulpa.
Se utilizo una densidad de pulpa de 50 % para ambos analisis 4 y 5 y se utilizo aire como oxidante.
Se llevo a cabo el analisis 4 a una temperatura objetivo de 55 °C.
Se llevo a cabo el analisis 5 en condiciones ambiente partiendo de aproximadamente 20 °C hasta llegar a 32 °C.
Resultados y explicacion:
Los resultados y la explicacion tendran su punto de mira principalmente en los analisis 2, 4 y 5.
1. En terminos relativos, la adicion de la unica dosis de ácido al concentrado en volumen tuvo como resultado una significativa reduccion del tiempo necesario para aumentar el 70 % de oxidacion de la galena en sulfato de plomo sobre la base de las medidas a traves del metodo de acetato de amonio.
a. Analisis 2 = 24 horas
b. Analisis 4 = 8 horas
c. Analisis 5 = 18 horas
2. El nivel absoluto de oxidacion de Pb conseguido en el trabajo de analisis indica:
a. Analisis 2 = 70 %
b. Analisis 4 = 80
%
24 horas
c. Analisis 5 = 80 % 22 horas
3. El mejor rendimiento de flotacion sobre la base de la combinacion de la calidad de Pb en el concentrado y consiguiendo el maximo de recuperacion de Pb en la calidad de Pb objetivo en el relave indica:
a. Analisis 2 = 26 horas
b. Analisis 4 = 8 horas
c. Analisis 5 = 24 horas
Los 5 analisis llevando a cabo en la planta piloto se pueden considerar con exito por lo que respecta a conseguir los objetivos de calidad de concentrados de Zn y Pb.
Los resultados obtenidos en los analisis se resumen en la Tabla 2:
Los resultados del analisis han demostrado que una mayor adicion de ácido genera una cinetica mas rapida. Sin embargo, el grupo de condiciones de operacion que proporciona los mejores resultados (es dedr, alta densidad de pulpa y aire que no es oxigeno), no son conducentes normalmente a una buena cinetica de lixiviacion ya que limitan la transferencia de masa entre los reactivos. Cabe destacar que la combinacion mejora la selectividad de las reacciones de oxidacion favoreciendo los mas susceptibles de la oxidacion, en este caso galena, y limitan la velocidad de oxidacion de las demas especies de sulfuro. Esto tiene como resultado una recuperacion muy alta de los sulfatos restantes, ZnS, FeS2, AgS, CuFeS2 y una etapa de flotacion muy selectiva contra sulfato de plomo que tiene como resultado altas calidades de Pb en el relave.
Conclusiones y recomendaciones
1. Se consiguieron Los objetivos primarios y secundarios en la planta piloto, concretamente:
a. se obtuvo concentrado de Zn a menos de 4 % de calidad de Pb
b. Se obtuvo un concentrado de Pb (relave) en mas de un 50 % de calidad de Pb.
2. Para el proceso pueden utilizarse temperaturas moderadas entre 30-55 °C.
3. Se espera que los tiempos de residencia de una oxidacion eficaz esten comprendidos entre 8 y 36 y pueden reducir con el uso de vasos de mayor tamano, condiciones pulpa de mayor densidad y aumenta a escala gracias a la menor perdida de calor desde el sistema.
4. Se puede utilizar aire con exito como oxidante. Si bien es posible utilizar oxigeno, no parece estar clara la ventaja de utilizar oxigeno.
5. Densidades de pulpa de mas de 50 % seran aceptables para la operacion y es probable que la operacion tenga exito por encima de 50 % de solidos.
La respuesta de flotacion es robusta y no se ve afectada significativamente por el pH, la quimica de solucion, el floculante y es probable que no requiera la activacion de sulfato de cobre.
Claims (13)
1. Un proceso para tratar un material sulfidico mixto que contiene sulfuro de plomo y al menos otro sulfuro de metal que incluye uno o mas entre sulfuro de zinc o sulfuro de cobre, caracterizandose el proceso por las etapas de someter el material sulfidico mixto a oxidacion selectiva, de modo que se oxida el sulfuro de plomo en el material para formar un compuesto de plomo oxidado al mismo tiempo que se evita una sustancial oxidacion de al menos otro sulfuro de metal, y separar el compuesto de plomo oxidado del al menos otro sulfuro de metal utilizando un proceso de flotacion.
2. Un proceso segun se reivindica en la reivindicacion 1, en donde la oxidacion selectiva del sulfuro de plomo se lleva a cabo en condiciones acidas, en donde el pH de la etapa de oxidacion selectiva se controla preferentemente para que entre dentro del intervalo de 0 a 4.
3. Un proceso segun se reivindica en la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en donde se separa el compuesto de plomo oxidado del al menos otro sulfuro de metal mediante el uso de una etapa de flotacion, en donde el compuesto de plomo oxidado queda en la corriente de relave y el al menos otro sulfuro de metal se recupera en un concentrado.
4. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material sulfidico mixto que forma un material de alimentacion comprende un mineral de sulfuro o un concentrado de sulfuro y, preferentemente, el material sulfidico mixto contiene sulfuro de plomo y al menos un sulfuro de zinc y un sulfuro de hierro.
5. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se somete el material sulfidico mixto a molienda antes de la etapa de oxidacion selectiva y, preferentemente, se somete el material sulfidico mixto a un proceso de molienda ultrafina de manera que el material molido tiene un d80 inferior a 20 |jm, mas preferentemente inferior a 15 |jm, incluso mas preferentemente inferior a 10 |jm, lo mas preferentemente inferior a 7 jm.
6. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se oxida al menos el 50-75 % del sulfuro de plomo presente en el material sulfidico en la etapa de oxidacion selectiva, preferentemente, se oxida del 75 al 100 % del sulfuro de plomo presente en el material, mas convenientemente se oxida del 75 al 90 % o mas preferentemente del 75 al 80 % del sulfuro de plomo presente en el material.
7. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la oxidacion del sulfuro de plomo se consigue pasando un gas que contiene oxigeno a traves de una suspension o una pulpa del material sulfidico mixto, preferentemente, se agrega un exceso del gas que contiene oxigeno y, preferentemente, el gas que contiene oxigeno es aire que se anade a la pulpa o a la suspension del material sulfidico mixto, o la oxidacion selectiva del sulfuro de plomo se consigue mezclando la pulpa o la suspension con aire u otro gas que contiene oxigeno y tambien se potencia mediante la combinacion con otros oxidantes, tal como iones ferricos.
8. Un proceso segun se reivindica en la reivindicacion 2 o una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7 cuando depende de la reivindicacion 2, en donde se utiliza ácido sulfurico en la etapa de oxidacion selectiva para favorecer la formation de sulfato de plomo durante el proceso de oxidacion y, preferentemente, la cantidad de ácido sulfurico utilizado es equivalente a entre el 60 % y el 300 % del ácido sulfurico requerido para convertir los sulfuros de plomo en sulfato de plomo que probablemente debe anadirse a la etapa de oxidacion selectiva.
9. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde se lleva a cabo la etapa de oxidacion selectiva mezclando aire con una pulpa o una suspension en un tanque de mezclado y la pulpa o la suspension en el tanque de mezclado tienen una relation de solidos del 5 al 80 % en peso, por ejemplo, una relacion de solidos del 20 al 25 % en peso de solidos en la pulpa o la suspension o una relacion de solidos del 50 al 65 % en peso.
10. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde la pulpa o la suspension derivada de la etapa de oxidacion selectiva se envian a la etapa de flotacion o al proceso de flotacion para separar el compuesto de plomo oxidado de los demas sulfuros de metal.
11. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tiempo de residencia utilizado en la etapa de oxidacion selectiva entra dentro del intervalo de menos de 1 hora a 120 horas.
12. Un proceso segun se reivindica en una cualquiera entre la reivindicacion 3 y las reivindicaciones 4 a 11 cuando dependen de la reivindicacion 3, en donde el plomo se concentra y se recupera en el relave de la etapa de flotacion y el 90 % o mas de los minerales presentes en el material de alimentacion quedan en el sobreflujo/espuma.
13. Un proceso segun se reivindica en la reivindicacion 3 o una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 12 cuando dependen de la reivindicacion 3, en donde el relave puede contener niveles de plomo del 20 al 75 % en peso
14. Un proceso segun se reivindica en la reivindicacion 3 o una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 13, cuando dependen de la reivindicacion 3, en donde al menos otro sulfuro de metal comprende sulfuro de zinc, el concentrado recuperado de la etapa de flotacion comprende un concentrado que contiene zinc que se trata posteriormente para recuperar el zinc del mismo.
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