PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO DE LAS PULPAS ACUOSAS DE MINERALES LATERlTICOS EN LA TECNOLOGíA ACIDA A PRESIóN.

DESCRIPCIóN

Esta invención se relaciona con Ia hidrometalúrgia no ferrosa y en particular, con el espesamiento de las pulpas acuosas de minerales lateríticos en Ia tecnología acida a presión.

El volumen o productividad de procesamiento de mineral en Ia tecnología acida a presión está limitada por Ia capacidad de los equipos empleados en el proceso y por el % máximo de sólidos que pueda ser alimentado a las autoclaves o reactores de lixiviación.

El procesamiento de pulpas diluidas o muy diluidas trae como consecuencias Ia baja productividad de proceso de lixiviación al disminuir el tiempo de retención de mineral dentro de Ia autoclave, por lo que es necesario, disminuir Ia productividad para evitar una caída en Ia extracción de níquel y cobalto.

Por otro lado, procesar una pulpa con un alto % de sólidos y viscosidad disminuye el coeficiente de transferencia de masa dentro de Ia autoclave, bajando Ia cinética de lixiviación y Ia extracción de los metales. Una alta viscosidad de la pulpa baja Ia bombeabilidad de la misma e incrementa el consumo de energía.

Como se observa, en Ia tecnología acida a presión para el tratamiento de minerales lateríticos para Ia extracción de níquel y cobalto, un factor clave Io constituye el espesamiento de las pulpas acuosas de mineral crudo, procedentes de Ia planta de preparación de pulpa, que se realiza en Ia planta de espesadores, donde las mismas son espesadas a partir de pulpas diluidas con concentraciones iniciales de 5-30%, en dependencia del tipo de mineral y de Ia operación de Ia planta. La pulpa espesada alcanza un % de sólidos entre 45-48% de sólidos a Ia salida de los sedimentadotes, operando a Ia productividad de diseño. Se ha demostrado que un aumento de productividad de los espesadores (sedimentadores) produce una caída en el % de sólidos de la pulpa espesada (flujo de fondo)

En los últimos años, dada las características reológicas del mineral, Ia concentración de sólidos ha disminuido de forma gradual, variando entre 45 y 47% de sólidos como promedio, para Ia productividad de diseño del sedimentador.

Un aumento notable de Ia producción de níquel y cobalto con Ia técnica existente (uso de espesadores convencionales) está condicionado a incrementos de Ia concentración de sólidos y de Ia productividad de los espesadores, requiriéndose que las pulpas sea bombeables. Estas pulpa se precalientan con vapor y se alimentan a las autoclaves. Un incremento del % de sólidos dentro de las autoclaves representa un aumento de Ia producción de níquel y cobalto, una disminución del consumo de vapor para el precalentamiento de Ia pulpa y una reducción ligera del consumo de ácido sulfúrico.

En general, estas condiciones (mayor % de sólidos y producción) representan una disminución del costo de operación de Ia planta, todo Io cual evidencia Ia importancia de lograr un aumento del % de sólidos y productividad de las pulpas en cuestión.

Es conocido de Ia técnica anterior que el empleo del licor de desecho W.L CU.22884 y fecha de publicación 2003) aprovechando el carácter reductor del mismo, ya que éste contiene 0.1-0.3 g/L de H ₂ S impregnado, proveniente de los gases de las autoclaves de precipitación del sulfuro de Ni + Co para mejorar el espesamiento de Ia pulpa laterítica.

La pulpa de mineral crudo que se alimentará a espesadores se mezcla con el licor WL en Ia relación de volumen de licor/volumen de pulpa espesada de 0.60 a 1.2 y después es descargada a espesadores, donde se logra el aumento de Ia concentración de sólidos hasta en un 3%. Sin embargo, este procedimiento no permite recircular el reboso de los espesadores a Ia planta de preparación de pulpa de mineral crudo, debido a su relativamente alto contenido de Al, Mg, Mn y acidez, que Io hacen corrosivo.

Por otra parte, su implementación es compleja, pues requiere de una instalación costosa y resistente al medio corrosivo (reactores, bombas, etc) para el mezclado de Ia pulpa espesada y el licor W.L, (residual líquido fuertemente corrosivo), así como de un sedimentador para recibir Ia pulpa tratada.

Algunos autores han intentado usar sales de hierro, aluminio y de sodio, entre otras para mejorar el espesamiento de las pulpas lateríticas, reportando resultados positivos en algunos casos y en otros negativos, sin lograr reproducir los mismos a nivel de planta piloto e industrial. (Falcón, J. Revista Minería y Geología, 2-83 y Valdés, F. Revista Tecnológica 44-50, No 1984).

Estas sales en general se pueden producir de forma simple, como se relaciona a continuación.

Es conocido de Ia técnica que algunas sales se pueden obtener de forma relativamente simple. Por ejemplo Ia producción de sulfato ferroso a partir de limallas o chatarra de hierro con ácido sulfúrico (Procedimiento para Ia preparación de sulfato ferroso, FR 70.12528, 1971 ), donde las limallas de hierro se ponen en contacto de H ₂ SO ₄ a mediana temperatura, bajo condiciones controladas, liberándose hidrógeno por Ia formación de sulfato ferroso.

Trabajos realizados para Ia obtención de sulfato ferroso heptahidratado para alimentación animal Bobes Rodríguez L., se han publicado en Ia Revista Tecnológica XVI, 1986 serie : Minería, No 2, . El reporte de investigación se encuentra en los fondos del Centro de Investigaciones y Proyectos para Ia Industria Minero Metalúrgica , CIPIMM, La Habana, 1982. El proceso es similar al anterior, realizándose Ia lixiviación de minerales ferríferos y reducción del hierro III a hierro II.

Objetivos de Ia invención

La invención tiene como objetivo primario incrementar Ia cantidad de mineral a procesar e incrementar Ia producción de níquel y cobalto en las instalaciones existentes en una planta procesadora de laterita o limonita, como Ia planta de lixiviación acida a presión, por ejemplo Ia planta de Moa o en los proyectos en construcción. Otro objetivo de Ia invención es lograr un aumento de! % de sólidos y Ia productividad de los sedimentadotes, logrando con un mínimo de equipos mayor volumen de mineral a procesar y de producción de níquel y cobalto.

Un tercer objetivo es Ia obtención de las sales usadas para incrementar el % de sólidos de las pulpas lateríticas a partir de los residuales de Ia propia planta

Un cuarto objetivo es lograr un incremento en Ia producción de pulpas con un % de sólidos más alto (1-5%) que hagan más económico el proceso de recuperación de níquel y cobalto.

La esencia del invento consiste en Ia adición de 0.1-10 kg de. sales metálicas /t de mineral y 0.1-10 kg ácido sulfúrico /t de mineral a Ia pulpa de mineral crudo de alimentación, mezcladas durante un tiempo entre 0.2 y 10 minutos hasta alcanzar un pH final de Ia pulpa entre 2.5 y 6.0 en los espesadores. Estos resultados se logran mediante Ia interacción de sales de los metales por contacto directo con Ia pulpa de mineral crudo de alimentación, produciendo un cambio en Ia composición Iónica y propiedades reológicas de Ia pulpa.

Es novedoso Ia adición de sales metálicas como el sulfato ferroso o mezclas de sulfato ferroso y sulfato de otros metales, como aluminio, en medio acuoso ácido, parar mejorar el espesamiento de las pulpas de mineral crudo, con incrementos de Ia concentraciones en peso de sólidos en 1-5% y de productividad en los sedimentadores entre 120 y 180%, bajo estas condiciones son pulpas bombeables, reportando un 40% menor de Ia viscosidad.

Alcanzar una pulpa con alto % de sólidos y menor viscosidad, mejora sustanclalmente el proceso de transferencia de calor y de transferencia de masa, garantizando Ia cinética de disolución de níquel y cobalto, aún con un incremento de productividad de las autoclaves. Resulta novedoso además Ia producción de los aditivos a partir de minerales de hierro y de las colas del proceso de lixiviación acida a presión mediante Ia preparación de una pulpa con un contenido de sólidos entre 46-65 %, a Ia cual se Ie añade ácido sulfúrico en relación en peso de H ₂ SO ₄ / mineral (0.1-1.0), se agita y lixivia durante un tiempo entre 10-60 minutos, alcanzándose una temperatura entre 90 y 11O ⁰ C y Ia pulpa diluida lixiviada o Ia solución resultante es tratada con sulfuro, como por ejemplo las colas del proceso de lixiviación acida a presión se someten a Ia lixiviación con H ₂ SO ₄ . La pulpa con sulfato férrico y otros metales se ponen en contacto con sulfuro de sodio o sulfuro de hidrógeno, para reducir el hierro a ferroso.

En el caso de usar los gases conteniendo H ₂ S se puede hacer de Ia forma siguiente. Los iones Fe ³⁺ obtenidos de Ia lixiviación de las colas con H ₂ SO ₄ son reducidos a iones ferrosos Fe ²⁺ con solución

de Na ₂ S obtenido de Ia absorción del H ₂ S contenido en los gases emitidos por los sedimentadores de Ia planta de precipitación de sulfuras con solución de sosa cáustica. En el caso del agua del deshumidificador, que contiene H ₂ S se puede hacer el proceso de reducción de los iones férricos a ferroso por contacto directo de Ia pulpa activada con Ia solución acuosa conteniendo el reductor. El sulfuro empleado se puede obtener de los residuales de Ia planta de precipitación de sulfuro, como por ejemplo el H2S, emanado desde los sedimentadores hacia el aire, de las aguas conteniendo H2S o de un producto comercial.

De esta forma, con Ia adición de cantidades de 0.2 - 1.0 toneladas de H ₂ SO ₄ por tonelada de cola, se obtiene de 0.5 - 1.0 toneladas de Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ por tonelada de cola tratada con pulpa de colas o minerales de hierro con concentraciones entre 46 y 65%.

Del mismo modo con Ia interacción de pulpa acida de colas lixiviadas activadas con Ia solución de sulfuro de sodio preparada en relaciones Na ₂ S / Fe = 0.5 - 2.0 o relaciones Fe/H2S de 3-4, usando tiempos de contacto por agitación de las fases de 1.0 a 5.0 minutos, se logra Ia reducción de mas del 98.0% del hierro trivalente. La solución acida obtenida del tratamiento antes descrito y que contiene Ia mezcla de las sales mencionadas en relaciones FeSO ₄ / Al ₂ (SO ₄ ) ₃ 4.0- 10.0 es utllizable como coagulante para el aumento de Ia productividad y concentración de sólidos en el espesamiento de pulpas crudas de acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de espesamiento de pulpas de mineral crudo en el laboratorio con el empleo de estas sales por separado y a los resultados satisfactorios alcanzados en las pruebas de planta piloto

El procedimiento propuesto se basa en el uso de las sales de metales, como Fe ⁺² y/o Fe ⁺² +AL ⁺³ en soluciones acidas, por ejemplo como el sulfato ferroso y ácido sulfúrico disuelto en agua en proporciones de 15 a 0.5, que mezclado con Ia pulpa cruda se alimenta antes a los espesadores. Las sales pueden estar en estado sólidos (sales comerciales), que en ese caso se disuelven en agua en medio ácido o se puede producir directamente a partir de residuos de Ia planta por lixiviación acida.

Ventajas de Ia invención:

1. Los reactivos empleados son relativamente de bajo costo y de fácil adquisición.

2. No provoca cambios negativos en el control ambiental.

3. No afecta los procesos posteriores de lixiviación y precipitación de los sulfuros de Ni + Co en Ia tecnología principal. 4. La adición del mismo modo de Ia solución acida de sulfato ferroso en concentraciones de

FeSO ₄ . 7H ₂ O y de H ₂ SO ₄ de 0.1 - 10 kg/t de mineral y 0.1 - 10 kg por tonelada de mineral a espesar respectivamente, permite también aumentar Ia productividad de los sedimentadores entre 120 - 180%, Ia concentración de sólidos en 1-5% y disminuir Ia viscosidad en 40-50%.

5. Este procedimiento permite incrementar Ia producción de níquel y cobalto en más de un 10% en relación a Ia capacidad actual de una planta en operación como Ia de Moa.

6. Aprovechamiento de los desechos, minerales de hierro, colas y H ₂ S emitidos en forma gaseosa o de soluciones o agua conteniendo H2S para Ia producción de soluciones con mezcla de sulfato ferroso y de sulfato de aluminio utillzable como aditivo para mejorar el espesamiento de pulpas crudas en Ia planta de espesadores de Ia empresa.

7. Disminución sustancial de costos al no tener que importar las sales

8. La implementaclón de Ia invención en Ia práctica no es compleja y utiliza equipos convencionales .

EJEMPLO 1.

Dos muestras, de 179 litros cada una de pulpa acuosa de mineral crudo conteniendo 19,78% sólidos, fueron sometidas al proceso de sedimentación en sistema estático en 2 espesadores piloto de 54 cm de diámetro y 115 cm de altura, provistos de mecanismos de rastrillo (Rakes).

Una de las muestras fue mezclada con una solución de ácido sulfúrico y sulfato ferroso en proporciones de 3 y 5 kg/t de mineral respectivamente de estos componentes. De los resultados obtenidos (Tabla 1 ) se observa en Ia prueba con aditivo un aumento del % de sólidos en las pulpas espesadas a las 24 y 48 horas de más del 6,0 y 3,0% respectivamente. Los valores de pH son ligeramente menores en las pruebas con aditivos, de igual forma Ia viscosidad disminuyó en un 50Pa.

Pruebas de sedimentación.

Tabla No. 2

EJEMPLO 2

Se realizaron pruebas confirmatorias de sedimentación en dos espesadores piloto de igual capacidad y área (0,2826m ² ) con pulpas acuosas (20% sólidos de mineral) y flujos de 0.135 L/min, adicionando en uno de ellos solución de ácido sulfúrico y sulfato ferroso como aditivos con consumos de 2 y 6 kg/t de mineral de estos reactivos respectivamente, tomando el otro sedimentador como referencia (blanco).

Después de alcanzado el régimen estable se mantuvo operando Ia instalación durante 5 días, lográndose aumentos del % de sólidos en las pulpas de fondo extraídas de 3% promedio y una productividad del 40% con relación al sedimentar sin aditivos (blanco). La viscosidad de las pulpas espesadas con aditivos disminuyó de 120 Pa a 65 Pa.

EJEMPLO 3

Se tomaron 1.81 litros de pulpa de cola (d=1.81) se lixivió con 0.79 L de H ₂ SO ₄ (H ₂ SO ₄ ZcOIa = 0.73 durante 30 minutos, alcanzándose una temperatura máxima de 95.0 C ⁰ en los 15 minutos, posteriormente Ia pulpa lixiviada fue diluida a 10.0 L con agua agitándose durante 30.0 minutos, después de 24.0 horas de reposo Ia fase líquida de Ia pulpa sedimentada contenía 153 g / L de Fe ₂ (SO ₄ J ₃ .

EJEMPLO 4

910 mL: de una pulpa de cola (d = 1.70) con 55 % de sólidos preparada a partir de una muestra de pulpa de fondo del tanque 7 de Ia planta de lavadero (CCD) que contenía 40.29 % de sólidos (d = 1.442), fue lixiviada con 400 mL de H ₂ SO ₄ (98 %).

Después de 30 minutos de lixiviación a temperatura de 85-95 ⁰ C Ia pulpa fue diluida con agua hasta un volumen total de 3.30 L con un contenido de sólidos de 8.7 % d = 1.34. La fase líquida de Ia pulpa contenía g/L: Fe = 79.1 ; Ni = 0.09; Co = 0.0010; Al = 5.7 La extracción de metales fue de 60.0 %; 51.00 %; 53.33 % y 62.70 % respectivamente.

EJEMPLO 5.

Una muestra de 0.6 L de solución de sulfuro de sodio que contenía 48.0 g/L de Na ₂ S fue puesta en contacto, con agitación durante 3 minutos con 500 mL de Ia pulpa lixiviada preparada en el ejemplo 2. El licor de Ia pulpa tratada después de sedimentado el sólido era de color azul verdoso y contenía : Fe ²⁺ = 30.8 g/L; Fe _Tota i = 32.0 g/L Io que equivale a 96.0% de reducción del hierro férrico

EJEMPLO 6.

Se realizó una prueba de espesamiento de una pulpa acuosa en un sedimentador piloto de 54cm de diámetro con mineral de Moa preparada al 20.0% de sólidos, con el empleo del aditivo constituido

por la mezcla de sulfato ferroso y sulfato de aluminio y ajustado el ácido a 1.5 Kg de H ₂ SO4 por tonelada de mineral. La dosis de Ia solución fue de 685.0 m L obtenida de Ia lixiviación de una muestra de cola y que contenía: Fe = 35.0 g/L, Al =2.21 g/L, H ₂ SO ₄ = 87.6 g/L.

En Ia tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de las pruebas con y sin aditivo (blanco). Tabla No.2 Pruebas con pulpa fresca preparada con el mineral.

PRUEBA SIN ADITIVO

% sólidos en

Tiempo V. pulpa P. pulpa % sólido V. agua V. pulpa pulpa a pulpa pH final (h) nic. (D nic. (Kg) nicial final (L) espesa (L) espesa (Kg) espesada

24 179. 64 207.62 19.37 110.40 69 24 97.22 41.36

48 179. 64 207.62 19.37 121.60 58 04 86.02 46.74 6,24

Tratada con FeSO ₄ 7 H ₂ O (3.0 Kg/t + AI ₂ (SO ₄ J ₃ .11 H ₂ O (0.42Kg/t) + 1.51 Kg/t de H ₂ SO ₄

.pulpa '.pulpa % sólidos en Ai umento

TiempoV. pulpa pulpa % sólidolV, agua PH espesada ¡spesada la pulpa del % de

(h) inic. (L) nic. (Kg) inicial inal (L) Final (L) (Kg) espesada sólidos

24 177.72 204.9 19.78 120.00 57.72 84.90 47.74 6.38

48 177.72 204.9 19.78 123.60 51.24 81.30 49.85 6,08 3.11 La presencia de los aditivos produjo una disminución en Ia viscosidad en 60Pa. EJEMPLO 7

15.0 mL de Ia pulpa lixiviada diluida del ejemplo 4 se pusieron en contacto, durante 1 minuto, con 1.0 L de agua del deshumidificador de Ia planta de sulfuras, que contenía 299 ppm de H ₂ S cuya temperatura era de 87C°. La relación obtenida Fe/ H ₂ S fue de 3.95. La oxidación del H ₂ S lograda fue del 98.0%. El pH de Ia solución tratada fue de 1.6.

La pulpa obtenida contenía: 1.13 g/L de Fe ²⁺ equivalente a 5.65 g/l de FeSO ₄ 7H ₂ O.y 0.3 g / L de H ₂ SO ₄ y 1.80 g/L de sólidos.

70% aproximadamente de los sólidos contenidos en Ia pulpa fueron separados, quedando remanente en el agua tratada 0.54 g/L de sólidos compuesto por cola no lixiviada y azufre elemental. Con el fin de comprobar las propiedades de coagulación de esta suspensión, se realizaron pruebas de sedimentación con pulpas crudas acuosas (20.1 % Sol.) densidad igual a 1.15 200.0 m L de Ia fase líquida de Ia pulpa cruda contenida en una probeta de 1.0 L se sustituyeron por 200 m L de Ia pulpa de agua tratada (0.54 g/L Sol.) equivalente a una dosis de 5.0 Kg de FeSO ₄ 7H ₂ O por tonelada de mineral, ajustándose Ia dosis de H ₂ SO ₄ a 1.Kg /t de mineral. Las pulpas con aditivo y sin aditivo fueron mezcladas y dejadas en reposo.

Después de 24 horas, el % de sólidos en Ia pulpa con aditivo espesada era 2.8 % mayor que en Ia pulpa sin aditivo (blanco). El p H final de Ia pulpa fue de 5.3, y contenía 0.40 Kg de cola residual (colas activadas) por tonelada de mineral.

La implementación en Ia práctica es sencilla pues Ia inyección de las sales requiere solamente de bombas, válvulas reguladoras y de una pequeña instalación para Ia preparación de los reactivos