POLIMETÁLICOS DE SULFUROS.

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención está relacionada con el procesamiento de minerales y concentrados base sulfuro, así como con la extracción de metales mediante el uso de microorganismos termófilos moderados o extremos dentro de las Industrias Extractivas, y más particularmente está relacionada con un procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La producción actual de concentrados de zinc y cobre, de alto grado y valor comercial presenta dificultades técnicas, debido a que durante la explotación de los yacimientos minerales, se han encontrado zonas de baja ley de los metales con valor comercial, y que por la complejidad mineral en el yacimiento, no hacen costeable la obtención de concentrados por flotación en plantas de beneficio. La presencia de impurezas de arsénico y antimonio, hacen que el concentrado comercial (cobre, zinc) tenga un castigo económico, reduciendo su valor comercial.

La obtención de cobre se realiza tradicionalmente a partir de la fundición de concentrados de minerales en hornos, con la finalidad de producir cobre "Blister" con un 98.5% de pureza, que posteriormente es vaciado a ánodos y finalmente es electro- refinado, para lograr obtener cobre catódico de alta pureza (99.999%).

Así también se realiza la extracción de cobre por procesos hidrometalúrgicos como es la lixiviación en montones o camas de minerales de baja ley a base de óxidos o sulfuras secundarios no susceptibles a flotación, y la purificación mediante extracción por disolventes, siendo en la actualidad preferida por su bajo costo y efectos ambientales menos adversos.

El actual proceso de obtención de zinc se realiza tradicionalmente por un sistema de tostación de concentrados de zinc en un horno de lecho fluidizado con la finalidad de oxidar el mineral, generando una calcina, que es posteriormente tratada por un proceso hidrometalúrgico, donde el zinc se recupera en una solución que es refinada y purificada, en una última etapa el metal en solución es electro-depositado en cátodos de aluminio, el zinc es obtenido en láminas metálicas, y fundido para su presentación en barras de zinc con un alto grado de pureza (SGH). Este proceso presenta dificultades para procesar concentrados con impurezas tales como hierro, arsénico, antimonio, entre otros.

La utilización de microorganismos tio-oxidantes y/o hierro-oxidantes en el proceso de disolución de minerales y concentrados base sulfuro de cobre o zinc, se conoce como biolixiviación y ha sido utilizado como alternativa para la extracción de metales base. Se han tratado minerales y/o concentrados base sulfuro de cobre, zinc, níquel, cobalto, en procesos como lixiviación en montones (Heapleaching) o lixiviación continua en tanques agitados.

Uno de los procesos para tratar concentrados base sulfuro de cobre o zinc utiliza reactores de tipo tanque agitado de flujo continuo con sistemas de aireación, que son colocados en serie, donde el concentrado o mineral (sulfuro metálico) finamente molido se añade al primer reactor junto con nutrientes inorgánicos. La pulpa mineral fluye a través de los reactores a pH y temperatura controlados, y contiene microorganismos que llevan a cabo la disolución de las especies minerales presentes en el concentrado; en este caso se realiza mediante el uso de microorganismos acidófilos hierro-oxidantes y tio-oxidantes, que viven a temperaturas en el intervalo de 25°C a 90°C y son capaces de tolerar altos niveles de acidez y iones metálicos disueltos. Uno de los mayores retos durante la operación de los tanques agitados es la coexistencia entre la cantidad de sólidos (densidad de pulpa) mantenida en suspensión y la presencia de microorganismos. Los procesos desarrollados en la actualidad están limitados a no más de un 15% en densidad de pulpa debido a que se presentan problemas por daño físico a los microorganismos, inhibiendo la disolución.

Debido a que los microorganismos utilizados presentan una dependencia de la temperatura para su crecimiento, se han desarrollado procesos por tipo y temperatura de operación. Los microorganismos que han sido ampliamente utilizados en procesos de biolixiviación son bacterias mesófilas como Acidithiobacillusferrooxidans, Acidithiobacillusthiooxidans, y Leptospriliumferrooxidans en temperaturas cercanas a los 40°C. Bacterias termofilas de tipo Sulfolobus, y arqueas como Sulfolobusspp han sido utilizadas debido a su potencial para incrementar la cinética de extracción de metales a partir de sulfuras minerales a temperaturas superiores a los 50°C. Los minerales agotados de esta etapa de biolixiviación son separados y enviados a confinamiento. Durante la etapa de biolixiviación, el cobre y el zinc se obtienen en forma iónica en medio sulfato.

Obtenida la solución rica en cobre y/o zinc es necesario realizar la separación, concentración, purificación y recuperación de estos metales en solución, para lo cual se involucra el uso de extractantes orgánicos inmiscibles al agua, disueltos en disolventes orgánicos (fase orgánica). La solución acuosa con los metales obtenidos, se pone en contacto con extractantes específicos como son Aldoximas, Ketoximas y ácidos fosfínicos, y mediante la reacción química de intercambio o transferencia entre el protón y el catión metálico, permite separar el catión de interés económico, siendo transferido a la fase orgánica. Para concentrar al ion metálico de interés y regenerar la fase orgánica para su reutilización, se utiliza un medio ácido, produciendo una solución metálica concentrada que es enviada a electrólisis para obtener el metal afinado. Dentro de las patentes que se han desarrollado para el tratamiento de concentrados base sulfuro de metales de cobre o zinc se tiene, por ejemplo, la solicitud de patente WOOO/23629 A1 , donde se presenta un método para biolixiviar concentrados de cobre, donde se somete un mineral de cobre involucrando microorganismos oxidantes del hierro/azufre para obtener una solución que contiene cobre, dicha solución se pone en contacto con una mezcla de un extractante y un solvente orgánico comerciales para extraer parcialmente el cobre de la solución. En contacto con la fase orgánica en la etapa de extracción por disolventes, el cobre es concentrado. Una vez obtenida una solución concentrada y purificada es procesada en una etapa de electrólisis.

De acuerdo con la solicitud de patente WO01/18266 A1 se presenta un método para la recuperación de zinc, mediante un sistema integrado de biolixiviación y extracción por disolventes, que se plantea como una alternativa al tratamiento de zinc. Se obtiene principalmente zinc metálico y subproductos como cobre, y yeso que pueden ser comercializados y/o que pueden ser confinados de acuerdo a la legislación ambiental vigente.

En la patente W09428184 A1 se propone la recuperación de zinc, mediante un proceso combinado de biolixiviación de concentrados de zinc y extracción por disolventes, donde se utiliza como extractante orgánico Dietil-hexil ácido fosfórico (D2EHPA) y lonquest 801 como diluyente para recuperar de manera específica el zinc de soluciones de sulfato.

Como se puede observar, en el estado actual del arte se encuentra descrito el uso de procedimientos combinados de biolixiviación y extracción con disolventes para la recuperación selectiva de cobre o zinc; sin embargo, los procedimientos descritos en el arte previo, tienen el inconveniente de que no se pueden emplear con densidades de pulpa superiores al 15%, que tengan un alto contenido de arsénico y hierro, además de que consumen demasiado oxígeno durante el proceso de biolixiviación. Por ello, se ha buscado suprimir los inconvenientes encontrados en el estado de la técnica mediante el desarrollo de un procedimiento de biolixiviacion y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras, que permita el manejo de densidades de pulpa superiores al 15%, con un alto contenido de hierro y arsénico y que tengan una operación más eficiente al consumir menos oxígeno durante la biolixiviacion.

OBJETOS DE LA INVENCION

Teniendo en cuenta las limitaciones de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención proveer un procedimiento de biolixiviacion y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras, que permita el manejo de densidades de pulpa superiores al 15% con un alto contenido de hierro y arsénico.

Otro objeto de la presente invención es proveer un procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras, que permita hacer más eficiente su operación, al consumir menos oxígeno durante el proceso de biolixiviación.

Un objeto adicional de la presente invención es proveer un procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras, que permita emplear biorreactores para biolixiviación del tipo de tanque agitado con un sistema para inyección y difusión de aire, lo que permite controlar el tamaño fino de la burbuja de aire, mejorando la distribución del oxigeno y del dióxido de carbono que son requeridos por los microorganismos que promueven el proceso de biolixiviación, a fin de mantener la concentración celular durante el proceso.

Es un objeto más de la presente invención proveer un procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuros, que permita emplear biorreactores para biolixiviacion del tipo de tanque agitado con un sistema para inyección y difusión de aire, lo que permite realizar el proceso en continuo y con ello alcanzar una recuperación alta de metales en solución.

Es un objeto adicional de la presente invención proveer un procedimiento de biolixiviacion y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuros, que permita emplear un extractante de naturaleza orgánica, para la utilización de una sola matriz acida durante el despojo selectivo del zinc.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION

La presente invención se relaciona con un método para obtener zinc (Zn) y cobre (Cu) metálicos, a partir de minerales y/o concentrados complejos base sulfuro (polimetálicos, mixtos) con presencia de hierro (Fe) y arsénico (As), empleando un proceso integrado de biolixiviacion (como etapa de disolución de mineral); y, la extracción por disolventes con recuperación selectiva (purificación y electro-depósito de cobre-zinc); además de incluir una etapa de control de arsénico.

La invención se relaciona con:

• La recuperación de cobre y zinc metálicos a partir de concentrados de sulfuros minerales polimetálicos en un proceso continuo e integral de biolixiviacion y extracción por disolventes.

• El uso de un proceso de biolixiviacion mediante biorreactores de alta eficiencia en la distribución de aire, que funciona en un intervalo de temperatura de 25°C a 90°C. El arreglo de los reactores puede ser en serie, paralelo o combinaciones paralelo-serie, lo que permite tener un diseño versátil con la finalidad de mantener la operación en continuo. El proceso permite procesar densidades de pulpa superiores a 15% de sólidos. • Un proceso de extracción por disolventes en dos etapas para la recuperación selectiva de cobre y zinc de una solución de alta concentración de zinc y concentración media de cobre y posterior electro-deposición en forma metálica.

• Una etapa de control de arsénico en solución, mediante la formación de compuestos estables para disposición final.

El procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de la presente invención, comprende en términos generales dos procesos principales: un proceso de biolixiviación y reducción de ion férrico y un proceso de extracción por disolventes de cobre y zinc.

El proceso de biolixiviación y reducción de ion férrico consiste de las siguientes etapas:

a) .- Acondicionamiento de la pulpa de alimentación;

b) .- Biolixiviación de la pulpa de alimentación, empleando un conjunto de biorreactores del tipo de tanque mecánico agitado que incluyen un sistema para inyección y difusión de aire;

c) .- Separación de los sólidos de la pulpa proveniente de la etapa de biolixiviación; y,

d) .- Transformación de ion férrico (reducción).

El proceso de extracción por disolventes de cobre y zinc consiste de las siguientes etapas:

a) .- Extracción por disolventes y electrólisis de cobre;

b) .- Control de arsénico; y,

c) .- Extracción por disolventes y electrólisis de zinc.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, algunas modalidades, características y algunos objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la descripción detallada, cuando se lea en relación con los dibujos anexos, en los cuales:

La figura 1 es un diagrama de bloques del procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuros, de conformidad con los principios de una modalidad preferida de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de bloques del proceso de biolixiviación y reducción de ion férrico, el cual se lleva al cabo como una primera etapa del procedimiento que se muestra en la figura 1.

La figura 3 es un diagrama de bloques del proceso de extracción por disolventes de cobre y zinc, el cual se lleva al cabo como una segunda etapa del procedimiento que se muestra en la figura 1.

La figura 4 es un diagrama de bloques del proceso de extracción por disolventes y electrólisis de cobre, el cual se lleva al cabo como una primera etapa del procedimiento que se muestra en la figura 3.

La figura 5 es un diagrama de bloques del proceso de extracción por disolventes y electrólisis de zinc, el cual se lleva al cabo como una etapa intermedia del procedimiento que se muestra en la figura 3.

La figura 6 es un diagrama de bloques del proceso de extracción por disolventes y electrólisis de zinc, el cual se lleva al cabo como una etapa final del procedimiento que se muestra en la figura 3.

La figura 7 es una gráfica que muestra la evolución de la formación de escorodita a partir de la oxidación de la arsenopirita del concentrado polimétalico.

La figura 8 es una gráfica que muestra la recuperación de cobre en la etapa de extracción como una función del pH. DESCRIPCIÓN DETALLADA

Haciendo ahora referencia a los dibujos que se acompañan, y más específicamente a la Figura 1 de los mismos, en ella se muestra un procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras, el cual se realiza de conformidad con una modalidad particularmente preferida de la invención, la cual debe considerarse como ilustrativa más no limitativa de la misma, en donde una pulpa de concentrados de sulfuras minerales polimetálicos se somete a un procedimiento que comprende un proceso 100 de biolixiviación y reducción de ion férrico, seguido de un proceso 200 de extracción por disolventes de cobre (Cu) y zinc (Zn).

El proceso 100 de biolixiviación y reducción de ion férrico, tal y como se muestra en la Figura 2, comprende una etapa 101 de acondicionamiento de una pulpa de concentrados, la cual una vez acondicionada se envía a un proceso de biolixiviación; una etapa 102 de biolixiviación, en donde la pulpa acondicionada proveniente de la etapa 101 se somete a un proceso de biolixiviación empleando una pluralidad de biorreactores del tipo de tanque agitado con un sistema para inyección y difusión de aire; una etapa 103 de separación de sólidos de una solución rica en iones metálicos proveniente de la etapa 102 de biolixiviación; y, una etapa 104 de reducción de ion férrico, en donde la pulpa proveniente de la etapa de separación de sólidos se somete a un etapa de transformación de los iones férricos a iones ferrosos.

La etapa 200 de extracción por disolventes, tal y como se muestra en la Figura 3, comprende una etapa 201 de extracción por disolventes y electrólisis de cobre, a la cual se alimenta como materia prima la solución proveniente de la etapa 104 de reducción de ion férrico para extraer el cobre; una etapa 202 de control de arsénico, en donde a la solución a la que se le ha extraído el cobre y que proviene de la etapa 201 de extracción por disolventes y electrólisis de cobre, se le controla el arsénico; y, una etapa 203 de extracción por disolventes y electrólisis de zinc, en donde a la solución a la que se le ha controlado el arsénico y que proviene de la etapa 202, se le extrae el zinc .

La etapa 101 de acondicionamiento de una pulpa de concentrados, consiste en enviar a un tanque repulpador para su mezclado, una corriente de un concentrado polimetálico (parcialmente atacada) proveniente de la etapa 104 de reducción de ion férrico, una corriente de agua de mina (AM), una corriente de sólidos frescos de sulfuras polimetálicos (CSP) proveniente del almacén de sólidos y una corriente de una solución acuosa agotada de zinc proveniente de la etapa 2032 de lavado/acondicionamiento de dicha solución acuosa agotada de zinc, etapa que describiremos más adelante. A estas corrientes una vez en el tanque repulpador y durante el mezclado, se les adiciona ácido sulfúrico para ajustar el pH en un intervalo de 1.4 a 1.8 previo al envío a la etapa de biolixiviación 02.

Una vez acondicionada la pulpa, esta se envía a la etapa de biolixiviación 102, en donde la pulpa se alimenta a una pluralidad de biorreactores del tipo de tanque agitado que cuentan con un sistema para inyección y difusión de aire como el que se describe en la Solicitud de Patente Mexicana MX/a/201 1/011147 del mismo titular de la presente invención, lo que permite que el proceso de biolixiviación alcance en operación una densidad de pulpa en sólidos mayor a 15%, así como una alta eficiencia en la distribución de aire, además de que el agua que se evapora durante el proceso, se recupera por medio del sistema de condensadores con que cuenta el biorreactor.

La descarga de la etapa de biolixiviación 102 es una pulpa compuesta por una solución rica en iones metálicos (en particular ion férrico, Cu y Zn) y minerales agotados que está lista para ser sometida a la etapa 103 de separación de sólidos.

En una modalidad preferida de la presente invención, para llevar a cabo la biolixiviación se utiliza una pluralidad de biorreactores que consiste preferiblemente de cinco biorreactores agitados de igual capacidad y de forma cilindrica, con una relación altura/diámetro 1.5:1 , en un arreglo 2-1-1-1 (dos biorreactores en paralelo y tres biorreactores en serie), en donde el flujo de solución entre cada reactor se realiza por gravedad. Cada biorreactor está provisto de un sistema de enfriamiento/calentamiento, agitación mecánica, control de parámetros de operación, suministro de aire, operando a una presión atmosférica, así como de puertos de alimentación que permiten la adición de nutrientes, agua, gases y ácido.

El proceso en el biorreactor de biolixiviación, se lleva al cabo mediante un conjunto de mecanismos simultáneos de acuerdo a lo siguiente:

• Biolixiviación: Se realiza una disolución de minerales por acción de microorganismos, en este caso se realiza mediante el uso de microorganismos termófilos, que viven en temperaturas de 50°C a 90°C, y son capaces de tolerar niveles altos de acidez, el proceso se desarrolla en un tiempo de residencia de 10 días.

• Lixiviación férrica: Se realiza por la oxidación de minerales base sulfuro en presencia de ion férrico.

• Interacciones galvánicas: Se realiza por diferencia de potenciales de oxidación entre las especies minerales base sulfuro presentes en el concentrado, que forman pares galvánicos favoreciendo la disolución de las especies minerales más reactivas.

Por lo que respecta a la etapa 103 de separación de sólidos, esta consiste en someter la pulpa proveniente de la etapa 102 de biolixiviación, compuesta por una solución rica en iones metálicos (en particular ion férrico, Cu y Zn) y minerales agotados, a una operación de filtración preferiblemente en un filtro de placas, en donde se obtienen dos productos: una mezcla de minerales agotados que son enviados a confinamiento; y, una solución intermedia y clarificada rica en ion férrico, la cual es enviada a la etapa 104 de reducción de ion férrico.

Para llevar a cabo la etapa 104 de reducción de ion férrico, se requiere contar con una primera corriente con la solución intermedia con alto contenido del ion férrico y que además tiene una alta acidez (pH<1.5), la cual se envía a un reactor convencional a presión atmosférica, en donde se adiciona una segunda corriente que incluye un concentrado de sulfuras polimetálicos (CSP) con un tamaño de partícula menor a 20pm provenientes del almacén de sólidos para lograr las condiciones deseadas.

Ambas corrientes entran al reactor en donde se lleva al cabo la reacción química de disolución del mineral en flujo continuo, para lograr la transformación de los iones férricos a iones ferrosos. El volumen de sólidos se reduce por la lixiviación del concentrado mineral y como consecuencia de la reacción química hay un consumo de protones por el ataque ácido a los sulfuras presentes (incremento de pH), además de que se incrementa el tenor de Zn y Cu en solución.

La etapa 104 de reducción de ion férrico, cuenta con un control de temperatura (entre 60°C y 80°C) y un monitoreo de acidez (pH), además del seguimiento de la transformación de los iones férrico a iones ferrosos mediante métodos analíticos. Una vez terminada la reacción, la descarga del reactor es enviada a una etapa de filtración preferiblemente en un filtro de placas, con el fin de separar los sólidos no reaccionados de la solución resultante. Los sólidos no reaccionados son enviados al tanque de repulpeo de la etapa 101 previo a la etapa de biolixiviación.

La solución que se obtiene del filtro es rica en cobre y zinc, además de tener un bajo contenido de ion férrico, por lo que una vez que se obtiene es enviada a la etapa 201 de extracción por disolventes y electrólisis de cobre del proceso 200 de extracción por disolventes de cobre y zinc .

La etapa 201 de extracción por disolventes y electrólisis de cobre consiste en alimentar la solución rica en cobre y zinc proveniente de la etapa 104 de reducción de ion férrico una vez clarificada, a una etapa 20 1 de almacenamiento en un tanque de almacenamiento de solución rica en cobre y zinc, para ser enviada posteriormente por bombeo a una etapa 2012 de extracción de cobre en un tanque mezclador/asentador de extracción de cobre, que consta de dos etapas en serie y a contra corriente que operan a presión y temperatura atmosférica.

La solución que entra al tanque de extracción de cobre, se pone en contacto a contracorriente con un compuesto orgánico para extraer el cobre. Como compuestos orgánicos extractantes se utilizan preferiblemente oximas fenólicas (aldoximas), que se encuentran disponibles comercialmente, mezcladas en diluyente orgánico (queroseno). La corriente de solución orgánica cargada de cobre que sale del equipo de extracción en la etapa 2012, es enviada a una etapa 2014 délavado orgánico en un equipo lavador de compuesto orgánico; y, la corriente de solución acuosa rica en zinc y en arsénico que también sale del equipo de extracción, es enviada a una etapa 2013 de lavado de acuoso en un equipo mezclador/sedimentador para remover los arrastres de orgánico, previo a ser enviada a la etapa 202 de control de arsénico (As).

Una vez que la corriente de solución orgánica cargada de cobre pasa por la etapa 2014 de lavado orgánico en el equipo lavador de orgánico, la corriente que sale es una corriente de orgánico cargado de cobre, la cual es enviada a una etapa 2015 de despojamiento de cobre en un equipo mezclador/sedimentador. En esta etapa de despojamiento de cobre, la corriente de orgánico cargada de cobre se pone en contacto y a contracorriente con una solución de electrolito agotado de cobre y con una acidez >150 g/l H ₂ S0 ₄ , en donde el electrolito agotado se enriquece con el cobre de la corriente de orgánico. El electrolito ya enriquecido en cobre, se envía a una etapa 2016 de electrodeposición de cobre.

Después de la separación del cobre en la etapa 2015 de despojamiento, la corriente de orgánico descargado de cobre se recircula de nuevo hacia la etapa 2012 de extracción por disolventes para comenzar nuevamente el ciclo de carga con cobre.

Por otra parte, el electrolito agotado de cobre que se alimenta en la etapa 2015 de despojamiento de cobre, es un electrolito altamente acidificado que proviene del área de electrodeposición 2016, el cual es enviado a dicha etapa 2015 de despojamiento de cobre, para comenzar nuevamente el ciclo de carga con cobre.

Como ya se mencionó arriba, la corriente de solución acuosa rica en zinc y en arsénico que sale de la etapa 2012 de extracción de cobre, una vez que se ha lavado el acuoso en la etapa 2013 para remover los arrastres de orgánico proveniente del proceso de extracción por disolventes de cobre, es enviada a la etapa 202 de control de arsénico, la cual consiste en alimentar la solución acuosa rica en zinc y arsénico a una etapa 2021 de acondicionamiento y precipitación de arsénico, la cual se lleva al cabo en un tanque acondicionador de pH y de precipitación, en donde se realiza el control del arsénico mediante su precipitación y co-precipitación, al ponerse en contacto la solución acuosa rica en zinc y en arsénico con un agente modificador de pH para generar compuestos férricos(FeAs0 ₄ .2H ₂ 0) ricos en arsénico.

El agente modificador de pH que se emplea se puede seleccionar entre hidróxido de amonio, hidróxido de sodio, hidróxido de calcio, hidróxido de magnesio, empleándose preferentemente el hidróxido de amonio.

La pulpa que se obtiene en el tanque acondicionador y de precipitación, es enviada a una etapa 2022 de filtración en un filtro prensa para la separación del arsénico. Parte de los sólidos recuperados se regresan al tanque acondicionador y de precipitación de arsénico, para que actúen como iniciador en la precipitación del mismo. El resto de la pasta con un alto contenido de arsénico es enviada a disposición final.

Por lo que respecta a la solución rica de zinc y libre de arsénico que se recupera en el filtro prensa, se envía a una etapa 2023 de almacenamiento en un tanque de almacenamiento de licor con alto contenido en zinc.

La solución proveniente de la etapa 202 de control de arsénico una vez clarificada en el tanque de almacenamiento de solución rica de zinc, se envía por bombeo a una etapa 203 de extracción por disolventes y electrólisis de zinc. La etapa 203 de extracción por disolventes y electrólisis de zinc consiste en enviar la solución rica en zinc a una etapa 2031 de extracción de zinc en la que se emplea preferiblemente una pluralidad de tanques mezcladores/sedimentadores para la extracción del zinc, en donde se pone en contacto a contracorriente la solución rica en zinc con una disolución extractora de zinc.

La pluralidad de tanques mezcladores/sedimentadores para extracción de zinc, en una modalidad preferida consiste de un arreglo de tanques en serie de hasta cinco etapas, los cuales como ya se mencionó, ponen en contacto a contra corriente la solución rica en zinc con una disolución extractora de zinc.

Para la extracción por disolventes, como disolución extractora se utilizan compuestos de ácidos fosfínicos, preferentemente el 2,4,4 trimetilpentil ácido fosfinico disuelto en queroseno con una concentración del 10% hasta el 50% volumen.

La utilización del ácido fosfinico disuelto en queroseno para la recuperación de zinc, es lo que permite emplear un solo ácido (H ₂ S0 ₄ ) para llevar a cabo un despojo selectivo del metal de interés (zinc) y posteriormente la co-extracción de las impurezas (fierro), empleando un solo ajuste en la concentración de dicho ácido.

En otros procesos empleando D2HEPA se tiene que utilizar ácido sulfúrico para el despojo del zinc y posteriormente para eliminar el fierro co-extraído, se debe de emplear ácido clorhídrico (HCI) 5M con todos los inconvenientes que implica trabajar con dicho ácido, mientras que como ya se mencionó arriba, con la utilización del ácido fosfinico disuelto en queroseno, se utiliza solamente H ₂ S0 _4> lo que implica una gran ventaja desde el punto de vista de operación y desde el punto de vista económico.

La solución acuosa agotada de zinc una vez que sale del arreglo de tanques mezcladores/sedimentadores de la etapa 2031 , es rica en iones ferrosos, por lo que esta solución acuosa agotada de zinc es enviada a una etapa 2032 de lavado/acondicionamiento, previo a ser retornada al tanque repulpador de la etapa 101 de acondicionamiento de pulpa y previo a ser sometida de nuevo a la etapa 102 de biolixiviación.

La corriente de orgánico cargado de zinc proveniente del arreglo de tanques mezcladores/sedimentadores de la etapa 2031 , es enviada a una etapa 2033 de lavado de orgánico en donde se retiran arrastres de solución acuosa utilizando una solución acuosa acidulada (H ₂ S0 ₄ ) con un pH entre 2 y 3, empleando hasta dos tanques mezcladores/sedimentadores similares a los de la etapa anterior y previo a ser sometida a una etapa 2034 de despojamiento selectivo del zinc, seguida de una etapa 2035de despojamiento selectivo de fierro.

En la etapa 2034 de despojamiento de zinc, se enriquece una solución de electrolito agotado de zinc proveniente de una etapa 2037de electrodeposición de zinc, al ponerse en contacto a contracorriente, con la corriente de orgánico cargado de zinc proveniente de la etapa 2033 de lavado de orgánico, empleando hasta dos tanques mezcladores/sedimentadores similares a los de la etapa anterior. La solución de electrolito enriquecido de zinc que se obtiene y que sale de esta etapa 2034, es enviada a una etapa 2038 de purificación de zinc en una pluralidad de tanques de cementación/filtrado y posteriormente es enviada a la etapa 2037 de electrodeposición de zinc en una celda de electrodepósito.

La solución de orgánico ya despojada de zinc y rica ahora en fierro proveniente de la etapa 2034, se envía a una etapa 2035 de despojamiento de fierro, en un tanque mezclador/sedimentador similar a los anteriores, en donde se extrae el fierro Fe (III) co-extraído en el orgánico al ponerse en contacto a contracorriente con una solución de acido sulfúrico que tiene una acidez>200 g/L.

Después de la separación en la etapa 2035 de despojo de fierro Fe (III), el orgánico descargado fluye hacia una etapa 2036 de neutralización en un tanque de neutralización, previo a ser enviado a contracorriente a la etapa 2031 de extracción por disolventes de zinc para comenzar nuevamente el ciclo de carga con zinc. Es importante mencionar que las condiciones de operación del procedimiento de extracción por disolventes son temperatura ambiente y presión atmosférica.

EJEMPLOS

Se realizaron diversas pruebas y corridas experimentales en laboratorio y en planta piloto empleando diversas condiciones y carga de materiales, las cuales se indican respectivamente en cada una de las pruebas realizadas y que se enumeran a continuación, en donde se pudo validar que el procedimiento de la presente invención muestra las siguientes ventajas con respecto a los procedimientos del arte previo:

Prueba 1.- Manejo de concentración de sólidos en suspensión (pulpa de concentrados de sulfuras polimetálicos rica en Cu y Zn) de por lo menos el 15% en el proceso, preferentemente superiores al 20%.

En la Tabla I se muestra la evolución en la disolución de zinc durante el procesamiento de un concentrado de zinc enriquecido con Pirita al 20% de sólidos:

TABLA I

En la Tabla II se muestra la concentración de Zn y Cu conforme van evolucionando las etapas en el arreglo en cascada de cinco biorreactores de Biolixiviacion empleando un arreglo 2-1-1-1 , operando con 27.5% de sólidos y con 12 días de residencia. TABLA II

Extracción de Zn y Cu por etapas en el procesamiento de un concentrado de Cu-Zn.

Prueba 2.- Capacidad de biolixiviar concentrados con altos contenidos de arsénico en forma de sulfuras.

En la Figura 7 se muestra la evolución en la generación de Escorodita (FeAs0 ₄ .2H ₂ 0), durante el proceso de biolixiviación y que permite producir un compuesto de arsénico estable para su disposición final.

Prueba 3.- Sistema integrado de recuperación de agua durante el proceso. Dado que se trata de un proceso cíclico, éste permite recuperar la gran mayoría del agua de proceso en las siguientes etapas: biolixiviación, extracción por disolventes y electro reducción.

Aunado a lo anterior, al emplear los biorreactores de la Solicitud de Patente Mexicana MX/a/2011/011147 del mismo titular de la presente invención, que incluyen un sistema de condensadores de alta eficiencia, se permite una alta tasa de recuperación del agua evaporada durante el proceso de biolixiviación.

Con el sistema de condensadores de cada uno de los biorreactores de biolixiviación, se tuvo un incremento en la recuperación de agua superior al 85%.

Prueba 4.- Durante la etapa de biolixiviación, al emplearse los biorreactores de la Solicitud de Patente Mexicana MX/a/2011/011147 del mismo titular de la presente invención, se mejora la distribución de oxigeno por medio del sistema de inyección de aire que incorpora cada uno de los biorreactores empleados, lo que permite mejorar las cinéticas de extracción de metales en la biolixiviación; y, por lo tanto la reducción de tiempo de proceso.

TABLA III

Promedio de la concentración de sólidos en el agua (% Peso) a 4 diferentes profundidades en el biorreactor.

Prueba 5.- En otros procesos del arte previo, al no utilizarse los biorreactores de la Solicitud de Patente Mexicana MX/a/2011/011147 del mismo titular de la presente invención, es necesario adicionar oxígeno en exceso en la corriente de aire, lo que incrementa los costos de operación. En la siguiente tabla se muestran los resultados empleando dicho biorreactor:

TABLA IV

Resultados de pruebas modificando el flujo de la mezcla de aire/agua sin enriquecimiento de oxígeno y monitoreo del oxígeno disuelto a una temperatura de 70°C y una velocidad de agitación fija de 300 rpm con un solo impulsor.

Prueba 6.- Etapa de transformación de ion férrico y consumo de protones de la solución intermedia. Se procesaron pulpas con sólidos superiores al 15%, además de permitirse una extracción selectiva de Zn en la etapa de extracción por disolventes.

Los resultados en la etapa de transformación de ion férrico, y consumo de protones medidos a través del potencial oxido reducción (ORP) y el pH, así como el incremento en la concentración de Zn, para un concentrado de Zn enriquecido con Pirita para diferentes pruebas realizadas, se muestran en la Tabla V:

TABLA V

Etapa de Reducción de ion férrico.

Disminución de ORP, incremento de pH y Zn en la solución.

Los resultados del consumo de iones férricos medidos de forma indirecta por ORP en la etapa de transformación de ion férrico así como consumo de protones (incremento de pH) en la solución intermedia en Cu y Zn para el concentrado polimetálico, se muestran en la Tabla VI:

TABLA VI

Etapa de Reducción de ion férrico.

Disminución de ORP e incremento de acidez en solución.

Los resultados del incremento en la concentración de Cu y Zn en la solución de salida de la etapa de reducción de ion férrico, se muestran en la Tabla VII: TABLA VII

Etapa de Reducción de ion férrico.

Incremento en la concentración de Cu y Zn (datos complementarios de la Tabla VI).

Prueba 8.- Consumo de protones de la solución intermedia durante la etapa de extracción de Cu (carga máxima de Cu).

La tabla VIII muestra el incremento en la carga máxima del extractante como una función del incremento en el pH, disminución en la concentración de protones.

TABLA VIII

Incremento en la carga máxima del extractante como una función del pH.

La Figura 8 muestra el incremento en la eficiencia en la extracción de Cu como una función del pH.

Prueba 9.- La Tabla IX muestra el despojo selectivo de Zn primero y de Fe(lll) después, durante la etapa de recuperación de zinc, con diferentes concentraciones de ácido (pH) en la solución acuosa. TABLA IX

Resultados de la extracción y despojo selectivo de Zn (II) y Fe (III) en la etapa de recuperación de Zn utilizando el 2,4,4 trimetilpentil ácido fosfínico.

De conformidad con lo anteriormente descrito, se podrá observar que el procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras de la presente invención, ha sido ideado para resolver los problemas de la técnica anterior, mediante el manejo de una concentración alta de sólidos en suspensión (pulpa de concentrados polimetálicos de sulfuras), con respecto al arte previo, así como el empleo de un solo ajuste de la concentración de ácido sulfúrico para la recuperación del zinc en todo el proceso; por lo que, será evidente para cualquier experto en la materia que las modalidades del procedimiento de biolixiviación y extracción por disolventes con recuperación selectiva de cobre y zinc a partir de concentrados polimetálicos de sulfuras, tal y como se describió anteriormente y se mostró en los dibujos que se acompañan, son únicamente ilustrativas más no limitativas de la presente invención, ya que son posibles numerosos cambios de consideración en sus detalles sin apartarse del alcance de la invención. Por lo tanto, la presente invención no deberá considerarse como restringida excepto por lo que exija la técnica anterior y por el alcance de las reivindicaciones anexas.