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IV CONGRESO CUBANO DE MINERIA (MINERIA´2011) IV Simposio Minería y Metalurgia (MINIMETAL) MIN5-P15

CUARTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS´2011. Memorias en CD-Rom, La Habana, 4 al 8 de abril de 2011. ISBN 978-959-7117-30-8

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EMPLEO DE LA RESINA COMO ALTERNATIVA PARA LA EXTRACCIÓN DE NÍQUEL Y COBALTO, EN PULPAS CON DEFICIENTES PROPIEDADES DE SEDIMENTACIÓN

Mylai Sacasas López, Esteban Alfonso Olmo, María de Fátima Bugallo Davis, Zayli Pérez Massó y Maritza Cortés Centro de Investigaciones para la Industria Minero Metalúrgica, Cuba, Carretera Varona, Km 1 ½, La Habana, Boyeros; [email protected]. RESUMEN En la actualidad, los procesos de resina en pulpa no son empleados como tecnología principal en la hidrometalurgia, aunque se han realizado muchas investigaciones que demuestran sus grandes perspectivas en cuanto a su aplicación. En el presente trabajo se exponen los resultados alcanzados al emplear el proceso de sorción de resina en pulpa para la extracción de níquel y cobalto en minerales con malas características de sedimentación. Para ello se emplearon resinas queláticas iminodiacéticas marca Purolite y Lewatit Monoplus TP 207, comprobándose que en dicho proceso se alcanzan altas extracciones de Ni y Co sobre los valores extractables de estos metales. Se exponen los resultados alcanzados en la sorción de éstos con cada una de las resinas, además de la desorción en las resinas saturadas empleando diferentes concentraciones de soluciones desorbedora. Los porcientos de extracción de Ni y Co en las pruebas realizadas por el efecto de la sorción son altos para las muestras analizadas, aumentándose entre 4 y 5 veces el contenido de estos metales presente en la muestra previamente lixiviada. ABSTRACT At present, the resin in pulp processes are not used as main technology in hydrometallurgy, although there have been carried out a lot of researches that demonstrate their high perspectives in their application. In the present work are exposed the results achieved when using the resin in pulp sorption process to extract nickel and cobalt from minerals with low settling characteristics. To do it, iminodiacetic kelatic resins of the Purolite and Lewatit Monoplus TP 207 types were used, corroborating that in that process high extractions of Ni and Co can be achieved, over the extracting values of these metals. The results achieved in these metals sorption with each resin are exposed and the desorption of the saturated resins using different desorbing solutions concentrations. The percentage of Ni and Co extraction in the tests carried out by the effect of sorption are high for the samples analyzed, increasing between 4 and 5 times the content of these metals present in the previously leached sample. INTRODUCCIÓN En la actualidad los procesos de resina en pulpa son empleados en la industria para la extracción de oro, uranio y metales raros. Para la extracción de metales no ferrosos como cobre, níquel, zinc, no se emplean estos procesos como tecnología principal en la hidrometalurgia, aunque se han realizado muchas investigaciones que demuestran sus grandes perspectivas en cuanto a su aplicación. Las resinas queláticas iminodiacéticas han sido estudiadas ampliamente por distintos autores mostrando selectividad a la sorción de níquel con relación al magnesio, por lo que tienen perspectivas de aplicación en el tratamiento de minerales con altos contenidos relativos de magnesio.



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El empleo de la técnica de sorción en pulpas, mediante resinas de intercambio iónico, permite eliminar la ineficiente extracción de Ni y Co, en determinados minerales que presentan malas características de sedimentación. Entre los minerales que presentan estas características se encuentran los del yacimiento San Felipe, el cual tiene categoría de escala mundial por la magnitud de sus reservas (estimadas en más de 300 millones de toneladas) y su alta ley de Ni (1,5 – 1,8 %). Los principales minerales que lo componen son de carácter arcilloso (esmectitas y nontronitas) y tienen muy alto contenido de Mg (hasta 30%). El objetivo principal de este trabajo se basa en la aplicación de la técnica de resina en pulpa, usando resinas queláticas iminodiacéticas marca Purolite y Lewatit Monoplus TP 207, para la extracción selectiva de níquel y cobalto en el mineral de características arcillosas. MATERIALES Y MÉTODOS Materiales:

Resinas comerciales queláticas iminodiacéticas marca Purolite y Lewatit Monoplus TP 207. Pulpa lixiviada de mineral San Felipe. Solución de Carbonato de magnesio al 40 %. Ácido sulfúrico 1,5 y 2,5 molar.

Características de las muestras objeto de estudio entregadas al Laboratorio de Metalurgia Extractiva. Al laboratorio se entregaron 2 muestras diferentes de pulpas lixiviadas del mineral de San Felipe, una de bajo contenido de Mg (muestra SF- 6) y la otra de alto contenido de Mg (muestra SF- 7). El volumen entregado en ambas fue de 4L. La composición química del mineral en cada una de las muestras así como la de los licores de descarga de la autoclave, se relaciona en la tabla siguiente: Tabla I.- Composición química del mineral de partida y de los licores de lixiviación

Composición química del mineral antes de ser procesado (%)

Composición de los licores de descarga de la autoclave (g/L)

Elemento

Muestra SF-6

Muestra SF-7

Muestra SF-6

Muestra SF-7

Ni 1,55 1,56 6,86 6,54 Co 0,07 0,07 0,32 0,29 Mg 3,32 3,78 14,40 16,33

Acondicionamiento de las pulpas previo al proceso de sorción con resina. Como las pulpas provienen de un proceso ácido, lo primero que se realizó fue la lectura del pH, el cual tanto en la muestra SF- 6 como en la muestra SF- 7 tomaron valores menores que 1. Este valor de pH no es conveniente para el trabajo con las resinas, debido a que influye negativamente en el proceso de intercambio de la misma, por lo que se prosiguió a neutralizar las pulpas hasta obtener un pH aproximado de 4,5.

Para llevar a cabo la neutralización, en el sistema se empleó solución de carbonato de magnesio al 40 % y se llevó a cabo un proceso de aireación en presencia de agitación mecánica y calor (60ºC), para ayudar a la precipitación del Fe. Después de concluido el proceso, las nuevas pulpas obtenidas



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se caracterizaron. En la Tabla II, se presentan las características de las pulpas neutralizadas. El consumo de la solución de carbonato de magnesio en el proceso fue de 439 mL aproximadamente.

Debido a las características de las pulpas, de poseer propiedades arcillosas y gran densidad, se dificultaba la separación de las fases mediante el proceso utilizado, por lo que fue necesario pasarlas a través de un tamiz de 0.15mm de diámetro. En la SF-6 esta operación se realizó durante la prueba y en SF-7 se realizó previamente, con el objetivo de obtener la menor cantidad de pérdidas posibles, ya que parte de esta se quedaba embebida en la resina. Debido a esto el sólido que quedó en el tamiz, es el correspondiente a las partículas mayores de 0.15mm. Este se puso a secar en la estufa para posteriormente pesarlo. El peso obtenido fue de 50g. Tabla II.- Características de las pulpas lixiviadas y neutralizadas:

Características SF-6 SF-7

Densidad ,(g/L) 1,26 1,25 % de sólido 20.0 21,8

pH 4,5 4,5 Sólido cabeza (g) 25,4 27,34

Cinética de sorción. En la cinética de sorción se estudia el tiempo que debe estar la resina en contacto con la pulpa para que se establezca un equilibrio entre los iones de intercambio de la resina y los iones de la solución. Partiendo de este estudio se determina el tiempo de trabajo para el sistema a contracorriente. Sugiero redactar: Se ponen en contacto por cada etapa 30 ml de resina y 150 ml de pulpa con agitación durante 30, 60, 90, 120, 180, 240 y 280 minutos respectivamente, una vez cumplimentado el tiempo de estudio se procede a la separación de la pulpa de la resina, se mide el pH en cada caso da seguimiento a la sorción del Ni y el Cobalto por análisis de los licores. Sistema de sorción a contracorriente. Se determinó establecer un sistema a contracorriente de 7 etapas, con un tiempo de agitación de 40 min por cada etapa. El pH de la pulpa después de cada etapa era rectificado, a pH aproximado de 4.5, con suspensión de carbonato de magnesio. Después de concluida las pruebas y alcanzadas las condiciones de equilibrio, se realiza la separación de las fases y se determina por análisis de sólido y licor los niveles de extracción del níquel y el cobalto presentes en la pulpa lixiviada. Los resultados de los mismos se presentan en las tablas siguientes. (Estos son los resultados de la cabeza.

Fase liquida (g/L) Ni = 4.86 Co = 0.20 Mg= 21.62 SF-6 Fase sólida (%) Ni = 0.088 Co= 0.004 Mg= 0.052 Fase liquida (g/L) Ni = 5,17 Co = 0,22 Mg= 26,63 SF-7 Fase sólida (%) Ni =0,12 Co=0,0064 Mg =0,19

Desorción de la resina compósito del sistema.



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Para la desorción de la resina compósito del sistema a contracorriente se tomaron 93 mL de la misma y se colocaron en una columna de 2,5cm de diámetro, aplicándosele un flujo de Vs/Vr.h =2. La solución desorbedora utilizada fue ácido sulfúrico 1,5 molar para la pulpa obtenida a partir de la muestra SF-6 y para la resina cargada a partir de la pulpa de la muestra SF-7 se evaluó la desorción con concentraciones de 1,5 y 2,5 molar respectivamente. El consumo final de ácido sulfúrico para la desorción de la resina en el caso muestra de pulpa a partir SF-6 fue de 400mL, y para la desorción de la resina cargada en la pulpa de la muestra SF-7 de 395 para la concentración de 1,5 y 365mL para la concentración de 2,5 molar. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Cinética de sorción. Como se puede apreciar en los gráficos 1 y 2, que reflejan el resultado de la cinética de sorción realizada, para la pulpa obtenida con la muestra SF-6 de 90 a 120 minutos aproximadamente, el sistema ha alcanzado la estabilidad, y en la muestra SF-7 ésta se alcanzó de 120 a 170 minutos, es decir ya se ha establecido un equilibrio de los metales en ambas fases: licor y resina. La mayor extracción de metal se obtuvo alrededor de los 40 min, en cada muestra, por lo que se consideró establecer este tiempo en el sistema a contracorriente. Los licores que se obtuvieron en las primeras muestras fueron de color verde claro y a medida que fue pasando el tiempo de agitación, la tonalidad del color fue disminuyendo, comprobándose la presencia de Ni con el indicador correspondiente.

Figura 1.-Cinética de sorción en la pulpa con la muestra (SF-6).



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Figura 2.- Cinética de sorción en la pulpa con la muestra (SF-7). Sistema de sorción a contracorriente en sistema estabilizado. La figura 3 corresponde al contenido de metales en los licores del sistema estabilizado. Se dice que el sistema se encuentra estabilizado cuando ha llegado a su última etapa de trabajo. En estos casos se realizaron 7 etapas. Como se puede observar de manera general la tendencia de las curvas es a disminuir con relación al avance de las etapas, siendo la primera etapa la que más contenido de metales posee ya que en el transcurso del proceso las resinas de las posteriores etapas van cargándose de los metales que quedan en el licor, hasta una determinada capacidad. Se puede observar que tanto el Co como el Ni, son absorbidos prácticamente todo. La cantidad de Mg en el licor se mantiene alto debido a dos motivos, el primero la poca selectividad de la resina con respecto a este y la adición de Mg al sistema producto de la neutralización con carbonato de magnesio.



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Figura 3.- Concentración de metales (Co, Ni, Mg) en la fase líquida de la pulpa de SF-6. La desorción en el sistema estabilizado, ocurre en la resina, de la cual mediante este proceso se le extraen los metales que fueron absorbidos en el proceso de contracorriente. En la figura 4, se ilustra la relación que existe entre la concentración de Ni y el Co en la resina y las etapas del sistema, en las primeras etapas, la extracción mediante la resina es mayor, debido a que estas se encuentran saturadas, con relación a su capacidad de intercambio. Puede observarse además que la máxima concentración de Ni captada fue de 0,88 g/L y para el Co de 0,021 g/L.

Figura 4.- Concentración de metales en la fase resina de la pulpa con SF-6. En la figura 5, se ilustra el comportamiento de la muestra SF-7. Para los dos metales existe una gradual disminución en la fase líquida en la etapa 3 de trabajo. En cuanto al contenido de metal en la fase resina, como se observa en la figura 6, las resinas saturadas de las primeras 4 etapas captaron una mayor cantidad de metal con relación a las restantes etapas. El comportamiento descrito es muy similar al de las figuras anteriores.



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Figura 5.- Concentración de metales en la fase líquida con la pulpa de SF-7.

Figura 6.- Concentración de metales en la fase resina con la pulpa de SF-7. Desorción de metales en la resina saturada. Como se puede observar en la figura 7, en el caso de la muestra SF-6 el níquel adsorbido en la resina es fácilmente desorbido con solución de H2SO4 1,5 M. La máxima concentración de níquel (25,43 g/L) se alcanza al pasar 0,87 Vs/Vr. La totalidad del metal adsorbido en la resina se desorben al pasar 4,33 Vs/Vr según se aprecia en la figura 8. El cobalto, por su parte, alcanza la desorción de su máxima concentración (2,9*10-1 g/L) al pasar 0,55 Vs/Vr y para lograr la total desorción de dicho metal se requiere pasar 4,33 Vs/Vr.



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Figura 7.- Desorción diferencial para el Ni empleando con ácido sulfúrico 1,5 molar para SF-6.

Figura 8.- Desorción diferencial para el Co con ácido sulfúrico 1,5 molar SF-6 En la figura 9 y 10 se observa que al pasar alrededor de 2 Vs/Vr se desorbe todo el Ni y el Co contenido en la resina, empleando una solución desorbedora de ácido sulfúrico 1,5 molar.



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Figura 9.- Desorción integral para del Ni con ácido sulfúrico 1,5 molar para SF-6.

Figura 10.- Desorción integral para el Co con ácido sulfúrico 1,5 M para SF-6. En los gráficos 11 y 12 se muestran las curvas diferencial e integral de la muestra de SF-7. La máxima concentración de níquel obtenida como resultado de la desorción de la resina saturada de la muestra de SF-7 es de (35,35 g/L) y con respecto al Co es de 1,53 g/L, al pasar 0,5 y 0,6 (Vs/Vr) para ambos casos respectivamente.



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Figura 11.- Desorción diferencial con ácido sulfúrico 2,5 molar para SF-7. Si observamos el gráfico 12, se puede observar que para esta muestra, la total obtención de Ni se obtiene al pasar 4,0 Vs/Vr. Si tenemos en cuenta la cantidad de ácido utilizado podemos decir que para obtener una extracción máxima de Ni y Co en la desorción, se necesita pasar alrededor de 60 ml de ácido sulfúrico 2,5 molar. Con esto se lograría extraer 35,35 g/L de Ni y 1,53 g/L de Co.

Figura 12.- Curva de desorción integral ácido sulfúrico 2,5 molar para SF-7. Si observamos la tabla IV, podemos ver como el proceso de resina en pulpa logra concentrar aun más los metales en la pulpa previamente lixiviada, independientemente del tipo de muestra y la resina utilizada. Tabla IV.- Extracción de Ni y Co en la lixiviación y en el proceso de resina en pulpa lixiviada.

Metal SF-6 SF-7



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Extrac. en la lixiviación.

(g/L)

Extrac. Máxima en la desorción.

(g/L)

Cantidad de H2SO4 1,5 molar

(mL)

Extrac. en la lixiviación.

(g/L)

Extrac. Máxima en la

desorción. (g/L)

Cantidad de H2SO4 2,5

molar (mL)

Ni 6,86 25,43 71 6,54 35,35 60 Co 0,32 0,290 60 0,29 1,53 60

CONCLUSIONES

1. Se ha comprobado la posibilidad del empleo eficiente de la resina iminodiacética Purolite y Lewatit Monoplus TP 207 para la sorción de níquel y cobalto de pulpas lixiviadas de mineral arcilloso con alto y bajo contenido de Mg.

2. Los porcientos de extracción de Ni y Co en las pruebas realizadas por el efecto de la sorción

son altos tanto para las muestras de SF-6 como para las muestra de SF-7, con excepción del Co en SF-6, aumentándose apreciablemente el contenido de metal presente en la muestra previamente lixiviada.

3. El níquel y cobalto adsorbidos en la resina son fácilmente desorbidos con el empleo de

soluciones de H2SO4 1,5 - 2 molar, lográndose la completa desorción de estos metales al pasar 4,0 volúmenes de solución desorbedora por volumen de resina (Vs/Vr). La máxima concentración de níquel en las dos muestras: SF-6 (25,43) y SF-7 (35,35), se alcanza al pasar entre 0,4 y 0,5 Vs/Vr.

BIBLIOGRAFÍA Alfonso E,; Bugallo F. “Evaluación de resinas queláticas (iminodiacéticas) con soluciones sintéticas ácidas y

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