Lixiviación de oro y plata de un mineral con cobre usando Tiosulfato de Amonio y recuperación de losiones de oro y plata de la solución rica con proceso de electrocoagulación
Dr. Víctor M. Vázquez, Doctor José R. Parga Torres y Dr. Jesús L. Valenzuela G.
Resumen En este estudio, la lixiviación de oro y plata de un minera que contiene cobre se realizo con reactivos alternativos al cianuro, los cuales no contaminan el ambiente y son tiosulfato de amonio y sodio, utilizados como una alternativa a la lixiviación con cianuro, ya que el cobre del mineral de manera simultánea consume cianuro debido a esto disminuye la disolución del oro y plata. Con el empleo de estos reactivos lixiviaciones se obtuvieron 69% de disolución de oro y el 85% de plata respectivamente. Aunque la lixiviación del oro con tiosulfato de sodio o de amonio se ha investigado ,__el proceso de recuperación del oro de estos complejos iónicos formados aun no ha sido estudiado adecuadamente. En la actualidad la recuperación del oro, puede lograrse por el uso de procesos convencionales, tales como el de cementación con polvo de zinc o adsorción en carbón activado. En este estudio se propone el uso de un proceso electroquímico conocido como electrocoagulación (EC), que utiliza electrodos de fierro para la recuperación de amonio y tiosulfato de sodio. El contenido de los materiales preciosos en la solucion rica tienen concentración promedio de 4.5 ppm de prp y de plata de 40 ppm. Finalmente, para el estudio se usaron los siguientes parámetros: pH=8, tiempo de residencia en la celda electrolítica = 20 minutos y adición de 4 gramos de coluro de sodio. Los resultados obtenidos de este proceso se EC son: 65% de recuperación de oro y 99% de recuperación de plata. Introducción Debido a que el cobre mineral en las soluciones cianuradas causa un consumo excesivo de cianuro, este elemento en el proceso disminuye la recuperación del oro y plata. Lo anterior lo podemos constatar en la tabla 1, donde se documenta con datos reales de otros investigadores, la facilidad que contiene el cianuro para disolver cierto grado de acuerdo a las condiciones de concentración de cianuro y temperatura de tratamiento de cada tipo de material. Tabla 1 En esta tabla se observa claramente que el complejo formado con el cianuro es un cobre estable, el cual se encuentra en la solución junto con los complejos de oro y plata. Este comportamiento en el cual el cianuro tiene gran afinidad por el cobre, incrementa el consumo de este, y en el pasado,
muchos proyectos de explotación de oro que contenían cobre fueron abandonados por alto consumo de cianuro__. Por ello, es necesario desarrollar una tecnología alternativa para tratar este tipo de minerales con tiosulfato de amonio y sodio, la cual con este tipo de minerales es muy selectiva y eficaz para la disolución del oro y la plata. También con anterioridad algunos investigadores han determinado que estos minerales consumen cerca de 30 Kg/ton de NaCN por casa 1% de cobre presente en el mineral cianurado; analizado estas disoluciones de cobre, se determina que en un proceso de cianuracion convencional los minerales oro y plata no son factibles de recuperar económicamente__, por lo tanto, como alternativa al procesamiento de estos minerales con cobre se tiene un proceso de lixiviación que utiliza como reactivos disolventes el tiosulfato de amonio/sodio y como catalizador de la reacción los iones cúpricos. En la actualidad, el cianuro es el agente lixiviante mas ampliamente usado en la extracción de metales preciosos, tales como el oro y la plata, debido a su bajo costo y simplicidad química, pero la mayor ventaja que posee es su alta toxicidad, que lo hace muchas veces incompartible con normas ambientales alas que están siendo sometidas actualmente las plantas mineras en todo el mundo __. Dentro de los lixiviantes alternativos al cianuro, se encuentra el tiosulfato de amonio, el cual presenta un comportamiento muy favorable para minerales que contienen cobre y cierta cantidad de materias carbonaceadas, además de ser una alternativa no contaminante en comparación con la alta toxicidad del cianuro, La disolución de oro en una solución de tiosulfato de amonio es una reacción que puede ser catalizada directamente por la presencia de ion cúprico, En el área anódica, el oro es complejado simultáneamente tanto por el tiosulfato como por el amoniaco, formado un aurotiosulfato Au ___ y una amina de oro Au___ respectivamente, siendo el complejo con tiosulfato el más estable termodinámicamente a pH cercano a 10___. Procesamiento de mineral Oro-Cobre La reacción de lixiviación del oro en solución de cianuro es proceso electroquímico el cual se puede presentar por las siguientes reacciones__. Ecuación 1 Ecuación 2 También el cianuro puede formar una serie de complejos con diferentes metales, incluido del cobre __, en la reacciones siguientes se aprecian los complejos de cobre que se pueden formar dependiendo de la concentración de cianuro en la solución: Ecuación 3 Ecuación 4 Ecuación 5 Ecuación 6
El diagrama Eh-pH para el sistema Cu-Cn-H2O se muestra en la figura 1( el área contenida dentro de las líneas punteadas corresponden a la región de estabilidad del agua). El complejo Cu(CN)__ es el más predominante bajo las condiciones típicas de lixiviación de pH alrededor de 10.5 con algún exceso de cianuro libre __ . Figura1 El efecto de cianuro libre sobre la proporción relativa de los complejos cobre-cianuro en soluciones típicas de colas se muestra en la figura 2. Figura2 Suficiente cianuro libre debe estar presente para una lixiviación efectiva de oro, y grandes cantidades de cianuro soluble de cobre puede rápidamente disminuir el cianuro disponible hasta por debajo de los niveles requeridos, resultando en pérdidas de oro, lixiviar en las colas solidas. Sin embargo hay evidencia __ que bajo condiciones de deficiencia de cianuro, el oro soluble es readsorbido en los minerales de cobre, como calcopirita y calcocita, mediante la reducción en los sitios de defecto superficiales, resultado siempre en perdidas en colas. Disolución de oro y plata La disolución de plata en presencia del tiosulfato como agente acomplejante y los resultados de las investigaciones experimentales__ se describe a continuación por las siguientes reacciones químicas: Ecuacion7 Ecuacion8 Ecuacion9 Ecuacion10 También, la estequiometria total de la disolución de oro en soluciones de tiosulfato acuoso en presencia de oxigeno puede presentarse por la ecuación química siguiente: Ecuacion11 El papel del complejo tetramino cúprico como oxidante durante la solubilidad del oro se demuestra por: Ecuacion13 De acuerdo a la energía libre estándar de cambio obtenida, la disolución de oro en solución de tiosulfato es termodinámicamente factible.
En la lixiviación utilizando cianuro, existe una creciente preocupación a nivel mundial por las condiciones de seguridad en el uso de cianuro para lixiviar minerales de oro, lo que ha desatado gran interés en la búsqueda de procedimientos alternativos para la recuperación de oro. El proceso requiere de la presencia de cobre y amoniaco con el fin de lograr velocidades adecuadas de lixiviación y que sean competitivas con las que se logra con el ion cianuro. El par Cu __ ; es el principal responsable de la oxidación de cobre, pero también de la descomposición del tiosulfato. El comportamiento de ese par iónico es fuertemente influenciado por el contenido de amoniaco, la concentración de cobre, el pH y el potencial de la solución__ . Después de la disolución de oro y plata usando el tiosulfato, se utilizo el proceso electroquímico de electrocoagulación para recuperar estos metales preciosos de la solución rica generada por la lixiviación usando tiosulfato, este proceso se usa como una alternativa a los procesos normales de recuperación de oro y plata, que son el de carbón activado y el de cementerio con polvo de zinc conocido también como proceso Merrill-Crowe. Fundamentos de Ectrocoagulacion El principio de EC, se basa en la coagulación entre los cationes polivalentes formados por la oxidación electrolítica de los ánodos de hierro, y los contaminantes o compuestos del medio acuoso, como el cobre. En este proceso, el movimiento electroforetico tiende a concentrar las partículas cargadas negativamente en la región del ánodo y los iones cargados positivamente en la región del cátodo. Por consiguiente, los iones liberados por los electrodos, neutralizan las partículas cargadas con cargas opuestas, facilitando con estos la coagulación de las especies resultantes. Debido a la generación simultanea de gases durante la electrolisis ___ , sucede la flotación del aglomerado o coagulo que contiene el cobre, eliminando o recuperando dichas especies del efluente__ . En la figura 3 se muestra el proceso de la electrocoagulación. Reacciones en el Proceso de Electrocoagulación Las reacciones químicas que han sido propuestas para describir el mecanismo de la EC para la producción de H __ y OH__ (cátodo) y H __ (ánodo) __ son: Cuando M(s) = Electrodo de Fe: Ecuacion14 Ecuacion15 Ecuacion16 Ecuacion17 Ecuacion18 Ecuacion19
Global: Ecuacion20 Donde la constante a es un coeficiente estequiometrico y n es el numero de electrones. El pH del medio aumenta como proceso electroquímico y Fe(OH)n(s) formado permanece en la solución como una suspensión gelatinosa__, el cual puede remover el cobre del agua, ya sea por complejacion o por atracción electroestática, seguida de coagulación y flotación ayudada por los gases ___ que se forman por el proceso de electrolisis del agua. Experimentación Las pruebas de lixiviación usando el tiosulfato de amonio y sodio se realizaron con el mineral proveniente de la compañía minera William. Primero, el mineral es triturado con la quebradora de quijadas y la quebradora de cono, posteriormente es enviado a una criba para su clasificación de molienda que tiene ½ pulgada es enviado a la sección de molienda por medio de una banda que alimenta a un molino de bolas, en el cual da como producto un 80% a un tamaño de -200 mallas. Para cada prueba se usa un kilogramo de mineral previamente homogenizado y molino, se adiciona tiosulfato de sodio, tiosulfato de amonio, hidróxido de sodio, sulfato de cobre y sulfito de sodio. La muestra 1 tiene una cabeza de 1.60 g/ton de oro y 98 g/ton de plata, la muestra 2, contiene1.8 g/ton de oro y 36 g/ton de plata. Las pruebas se realizaron en un vaso de precipitación de un litro de capacidad( figura 4), sin suministro de aire ni agitación durante 12 horas; en la tabla 2 se presenta las condiciones experimentales para una de ellas. A fin de realizar una comparación de resultados con pruebas normales de cianuracion, también se levo a cabo una lixiviación usando cianuro de sodio y cal como regulador de pH, las condiciones experimentales de dichas pruebas se presenta en la tabla3. Figura4 Tabla2 Tabla3 Posteriormente, una vez que una vez que se lixivio el oro y la planta del mineral, se procedió a tratar las soluciones ricas de oro y plata con un proceso electroquímico conocido de electrocoagulación electrodos de fierro. Las pruebas de electrocoagulación se analizaron en un vaso de precipitado a 600 mililitros, se usaron 2 electrodos de fierro de 10 cm de alto por 5 de ancho y con una separación entre estos de 5 milímetros, el volumen usado fue de 500 mililitros(figura 5). En el reactor de electrocoagulación las placas de fierro permiten usar los gases de O2 yH2 generados en la electrolisis del agua para ayudar a remover el cobre presente en la solución. Se uso un transformador variable para controlar el voltaje y la corriente. La solución a tratar se preparo con 500 ml. De la solución rica promedio obtenida de 4.5 ppm de oro y 40 ppm de plata, la conductividad se controlo mediante la adición de NaCl, se usaron 4g. El pH se ajusto usando una solución al 5% de acido sulfúrico, se uso
un pH de 8 con un tiempo de tratamiento de 20 minutos. La solución y los sólidos fueron separados por filtración a través de papel filtro, el lodo de la electrocoagulación fue secado durante 8 horas en un horno a 80°C. En las tablas siguientes se muestran las condiciones iniciales de las pruebas electrocoagulación. Figura 5. Tabla 4. Para la caracterización de las muestras acuosas se uso la técnica de espectrometría de adsorción atómica, usando un equipo marca Varian, modelo Spectr A4. Resultados obtenidos
Resultados Cianuracion A continuación, se presenta los resultados obtenidos de la cianuracion para poder realizar una comparación con los resultados del tiosulfato. En la tabla 5 se muestra los resultados obtenidos después de 72 horas de tratamiento. Los resultados obtenidos con el proceso de cianuracion convencional son los normales usando este tipo de mineral con el porciento de disolución del 68% para oro y 65% para la plata. Debido a estos se implemento una investigación para incrementar la disolución del oro y la plata, utilizando un proceso alternativo para aumentar la disolución de estos metales preciosos, especialmente en este mineral que contiene compuestos oxidados de cobre, los cuales consumen cianuro, contaminan el precipitado obtenido y por consecuencia, las barras de dore. Por lo anterior se uso el tiosulfato de amonio y sodio, tiosulfito de sodio y como agente catalizador, el sulfato de cobre. Tabla5 Resultados de Tiosulfato En la tabla 6 se muestra los resultados obtenidos de las pruebas 1 y 2 usando el tiosulfato como agente lixiviante alterno al cianuro. Tabla6 Tabla7 En las tablas anteriores tenemos las recuperaciones de oro y plata usando el tiosulfato de amonio y sodio como agentes lixiviantes; se obtuvieron resultados de 69% de oro y 85% de plata lo cual hace el proceso competitivo con el uso del cianuro; se han propuesto varios mecanismos para la acción del tiosulfato de amonio y son los siguientes.
La lixiviación con tiosulfato muestra que en la presencia de Cu__ , mejora marcadamente la solubilizacion de oro y plata, especialmente del oro. La disolución de oro se favorece con la adición inicial de ion cúprico alcanzándose una más rápida y mayor cantidad de oro cuando se agrego Cu__, Se detecto la presencia de cobre en solución producto de su disolución a partir de mineral con cobre presente en el concentrado, lo cual permite la disolución de oro en el caso que no se adiciono inicialmente cobre. Esta situación refleja el hecho que el ion cúprico necesario para formar la cuprotetramina puede ser aportado por el concentrado y/o mineral. En ambos casos al alcanzar el sistema un pH cercano a 9, 1 la disolución de oro se hizo extremadamente lenta, lo que es atribuido a la perdida de estabilidad de la cuprotetramina, con lo cual los iones cúprico son reducidos a cuproso formándose el complejo cuprotiosulfato ____ . También tenemos el siguiente mecanismo propuesto__ : la formación de un oxidante adicional, el cobre (II), en la presencia de oxigeno, el complejo cobre(I)- amina se oxida rápidamente a cobre (II), el cual actúa como oxidante adicional para la lixiviación del oro__ . El oxigeno es particularmente ineficiente en soluciones de alta salinidad, así como su solubilidad es limitada. La presencia de cobre (II) tiene el potencial de aumentar sustancialmente la velocidad de disolución de oro y plata. Resultados de electrocoagulación de la solución rica A continuación, se presentan los resultados obtenidos de las pruebas de EC, se muestran las concentraciones iniciales y finales de oro y plata contenido en la solución rica y también el por ciento de recuperación para cada una de las pruebas realizadas. Tabla8 En las pruebas de EC para recuperar el oro, se obtuvo una recuperación máxima de 68%, la baja recuperación de oro se debe a la alta concentración de cobre presente en la solución, debido a esto el cobre compite con el oro por los sitios preferenciales de adsorción en las partículas de fierro magnético, al ser mayor la concentración del cobre desplaza al oro, disminuyendo por lo tanto la recuperación del oro, por lo que sugiere eliminar el cobre de la solución usando un proceso como el de precipitación química. Tabla9 Con respecto a la plata se tiene una recuperación del 99%, demostrando con esto la eficiencia del proceso de EC; la recuperación de la plata también se puede explicar mediante el rango de pH usando, el cual es de pH inicial 8 y pH final 11, lo cual coincide con la aparición de la especie de hierro magnético magnetita Fe3O4, esta especie posee propiedades magnéticas que aceleran el proceso de adsorción de los metales, esta especie posee propiedades magnéticas que aceleran el proceso de adsorción será entonces del tipo física, debido a que es ocasionada por las fuerzas magnéticas de la magnetita hacia la plata sin alterar dichas fuerzas su composición química. En lo referente a los resultados obtenidos del sólido, tenemos en mayor porcentaje el elemento fierro
(45% promedio) debido a la naturaleza del proceso de EC, siendo necesario el uso de acido sulfúrico como agente lixiviante para separar el oro u la plata del fierro donde se encuentran adsorbidos. Microscopia electrónica de barrido La figura 6 muestra una imagen de las partículas de fierro proveniente del tratamiento de EC de la solución rica, mostrando la adsorción que se lleva a cabo en el proceso de EC; en la figura 7 tenemos la imagen del análisis de energía dispersa de rayos X(EDAX), la cual muestra que la superficie de las partículas de fierro está cubierta con partículas de plata, además de otros elementos como zinc, calcio, azufre, cobre. Figura6 Figura7 Conclusiones Con las pruebas de cianuracion se obtuvo u 68% de disolución de oro y 65% de plata. Usando el proceso alternativo de tiosulfato de amonio y sodio se obtuvieron disoluciones de 69% de oro y 85% de plata, con lo cual se comprueba que este proceso se puede usar como una alternativa a la cianuracion . El ion cúprico presente a la forma de cuprotetramina produce un marcado efecto en la velocidad de disolución de oro cuando se usa tiosulfato de amonio como agente lixiviante. Se produce disolución de cobre presente en el concentrado, lo cual es favorecido a pH al igual que la estabilidad de la cuprotestamina. Para pH del orden de 9 disminuye la disolución de oro con tiosulfato de amonio, lo cual es atribuido a la inestabilidad de la cuprotetramina que actúa como agente oxidante en la disolución del oro. Se obtuvo una recuperación del 69% de oro y 99% de plata usando el proceso de Electrocoagulación para recuperar oro y plata de la solución rica proveniente del proceso de la lixiviación con tiosulfato de amonio y sodio. Con los resultados obtenidos de EC se comprueba que esta tecnología es viable para recuperar el oro y plata de la solución rica. Para aumentar la recuperación de oro en las pruebas de EC se recomienda remover el cobre en la solución mediante la precipitación química.
