Procesamiento de minerales II Tratamento de minerais de ouro e prata Maria Luiza Souza Montevideo...

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Procesamiento de minerales II

Tratamento de minerais de ouro e prata

Maria Luiza Souza

Montevideo 16-20 Setembro 2013

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 4 – Recuperação do ouro

Neste capítulo serão explicados os seguintes tópicos:

1. Processo de precipitação do ouro com zinco em pó;

2. Processo de concentração e purificação de polpas contendo ouro em carvão ativado;

3. Eletro-produção de ouro;UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY

UFRGS - DEMIN - BRASIL

Recuperação do ouro dissolvido na cianetação

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 3

Trataremos apenas da recuperação do ouro dissolvido na cianetação. Isto porque a solubilização do ouro por meio de outros solventes, tais como a tiouréia, tiossulfatos e outros, embora tecnicamente viáveis, não encontrou aplicações de vulto em escala industrial.

A recuperação será aqui entendida como um processo que remove o íon Au+1 que está dissolvido em uma solução e o transforma novamente em Auo, na forma sólida.

Assim, a recuperação do ouro de lixívias ricas, com ou sem um estágio intermediário de concentração ou purificação é obtido via processos de redução, sendo que e os principais utilizados industrialmente são os seguintes.

- Precipitação (ou cementação) com pó de zinco para o tratamento de soluções clarificadas, que é um processo de redução puramente químico; também chamado de “Processo Merrill-Crowe”.

- Eletro-produção ou eletro-recuperação, que é um processo de redução via eletrólise.

Precipitação com zinco em pó


Introduzido comercialmente em 1890 para a recuperação do ouro de soluções cianetadas, tornou-se rapidamente o preferido na mineração.

O processo compreende as etapas principais listadas abaixo.

1. Clarificação da solução (ou polpa) cianetada.

2. Desaeração da solução clarificada.

3. Precipitação do Au+1(aq) sobre

o Zno em pó.

4. Filtração do “cemento” de Zno/Auo.



A cementação é um processo eletroquímico de oxi-redução, de cinética elevada. Uma representação esquemática do processo está mostrada na figura abaixo.

A reação química global pode ser representada por:

2[Au(CN)2]- + Zno = 2Auo + [Zn(CN) 4]2-



A reação química global pode ser representada por:

+ Zno = 2Auo + [Zn(CN) 4]2-

Na realidade, a reação global é o resultado das seguintes reações parciais:

Reação catódica: 2[Au(CN)2]- + 2e- = 2Auo + 4CN- ocorre a redução do ouro

Reação anódica: 4CN- + Zno = [Zn(CN) 4]2- + 2e- ocorre a oxidação do zinco

Em soluções muito alcalinas e oxidantes, podem ocorrer as reações paralelas. Dentre elas, a mais indesejável é a reação de formação do hidróxido de zinco sólido, pois este composto recobre as partículas de zinco (é um “isolante”) causando sua passivação e inibindo a precipitação do ouro:

Zno + 2OH- = Zn(OH)2(s)+ 2e-

A adição de uma pequena quantidade de sal de chumbo (nitrato ou acetato) pode minimizar a formação do hidróxido de zinco sólido - Zn(OH)2(s).



Os seguintes procedimentos devem ser observados para uma efetiva precipitação do ouro com pó de zinco.

1- A solução alimentada na cementação deve ter menos de 5 ppm de sólidos em suspensão. Para tanto, deve passar por um processo de separação sólido/líquido rigoroso, incluindo ao final uma etapa de filtração (filtro prensa ou filtro a vácuo, com meio filtrante adequado).

2- A mesma solução, após ser filtrada, deve passar por uma etapa de desaeração, de forma a conter entre 0,5 – 0,9 ppm de oxigênio dissolvido. Isto ocorre mediante a aplicação de vácuo em uma torre de desaeração.

3- O pó de zinco deve ter uma granulometria adequada, que também é função do equipamento de filtração disponível para a precipitação. Valor típico para a distribuição granulométrica do pó de zinco disponível comercialmente é 100% - 80 micra. O zinco deve ser puro e não pode estar oxidado superficialmente.

4- A faixa de pH ideal é de 10,5 a 11,5. Controlado pela adição de NaOH ou cal hidratada.



5- A concentração de cianeto livre no licor clarificado deve ser mantida entre 150 e 300 mg/L. Altas concentrações de cianeto afetam o potencial redox tanto da reação catódica quanto da reação anódica. Por outro lado, valores muito baixos de cianeto livre favorecem a formação de hidróxido de zinco sólido - Zn(OH)2(s).

6- Quando necessário, pode ser adicionado uma quantidade adequada de sal de chumbo, na faixa de 3 a 14 g por metro cúbico de solução tratada.

A presença de outros elementos dissolvidos na solução também impacta a recuperação do ouro via processo Merrill-Crowe. Alguns efeitos relevantes são os seguintes.

1- Evitar concentrações de chumbo dissolvido acima de 60 a 100 mg/L, no caso de licores contendo de 1 a 10 mg Au/L, pois corre um grande recobrimento das partículas de zinco pelas de chumbo.

2- Um aspecto positivo do chumbo é que ele reage com íons sulfetos (S2-) em solução formando PbS(s) e evitando a formação de uma camada indesejada de ZnS(s) em volta das partículas de zinco.



3- A concentração de cianeto livre no licor clarificado deve ser mantida entre 150 e 300 mg/L. Altas concentrações de cianeto afetam o potencial redox tanto da reação catódica quanto da reação anódica. Por outro lado, valores muito baixos de cianeto livre favorecem a formação de hidróxido de zinco sólido - Zn(OH)2(s).

4- Quando necessário, pode ser adicionado uma quantidade adequada de sal de chumbo, na faixa de 3 a 14 g por metro cúbico de solução tratada.

5- A existência de pequenas quantidades de outros cátions divalentes em solução, tais como Hg, Bi, Cd e Cu, tem efeito positivo, pois os mesmos também inibem a formação de hidróxido de zinco sólido - Zn(OH)2(s).

6- No que se refere à matéria orgânica, há indicação de que espécies tais como ácidos húmicos e fúlvicos, que ocorrem na natureza junto com alguns minérios, além de reagentes modificadores de superfície – coletores e espumantes de flotação, óleos e outros fluidos oriundos de equipamentos de processo – têm efeito negativo sobre a cementação. O impacto principal seria o recobrimento e a aglomeração das partículas de zinco, dificultando a filtração final.

Observar que o impacto da matéria orgânica é muito menor na cementação do que no de adsorção em carvão ativado.

Adsorção em carvão ativado


Em sentido rigoroso, o processo de adsorção do ouro cianetado no carvão ativado não é um processo de recuperação do ouro metálico, mas é um dos processo usados para a concentração e purificação da lixívia rica em ouro.

Carvão ativado é um nome genérico dado a uma grande quantidade de materiais amorfos com elevada superfície específica (de até 1200 m2/g), devido a altíssima quantidade de poros em sua estrutura interna. O material é utilizado em uma grande variedade de processos envolvendo separação e concentração de gases e líquidos, tanto orgânicos como inorgânicos.

A matéria-prima empregada na fabricação do carvão ativado influencia na sua aplicação final. O carvão ativado feito com cascas de cocos são os mais usados na metalurgia do ouro.

As duas etapas principais do processo de fabricação do carvão ativado são as seguintes:

- Carbonização: aquecimento na faixa de 500-700 oC, em atmosfera inerte;

Ativação: aquecimento na faixa de 800-1100 oC, em atmosfera de vapor d’água, CO2 ou misturas destes gases com ar.



Fatores que afetam a adsorção do ouro no carvão ativado

1- tipo de matéria-prima carbonosa casca de coco, sem cantos vivos.2- granulometria do carvão ativado entre 1,0-3,3 mm e 1,2-2,4 mm.3- eficiência da mistura de polpa manter a polpa homogênea.4- densidade de polpa a menor possível.5- temperatura reação de adsorção é exotérmica.6- concentração de ouro na polpa carregamentos usuais entre 5-10 kg|Au/t|CA.7- concentração de cianeto livre na polpa depende, é função de diversos fatores.8- concentração de oxigênio dissolvido a maior possível.9- pH tem pouca influencia, manter entre 9,5 – 11.10- presença de outros complexos metálicos Ag, Cu, Ni, Zn, Fe, Hg, etc.

Felizmente, à exceção do Hg, o carvão ativado é mais seletivo em relação ao Au e ao Ag do que aos demais metais. A seqüência de preferência de adsorção dos cianocomplexos usualmente encontrados na extração de ouro é:

[Au(CN)2]- > Hg(CN)2 > [Ag(CN)2]- > *[Cu(CN)3]2- > [Zn(CN)4]2- > [Ni(CN)4]2- > [Fe(CN)6]4-

* É considerado antieconômico o processamento de licores cianetados contendo acima de 1 g|Cu/L|solução.



Prática industrial

Os processos à base de carvão ativado usualmente empregados na indústria para a concentração do ouro e da prata a partir de polpas (ou soluções) cianetadas comportam três etapas distintas.

1- Carregamento: ocorre a adsorção dos cianocomplexos [Au(CN)2]- e [Ag(CN)2]- sobre os poros do carvão ativado. São empregados três métodos diferentes.

2- Eluição: ocorre a dessorção do metal precioso. Isto é, os cianocomplexos de [Au(CN)2]- e [Ag(CN)2]- são transferidos da fase carvão ativado para uma solução limpa e concentrada de cianeto de sódio (chamada de solução de eluição). São empregados muitos métodos distintos, mas o mais usado é o processo “AARL”.

3- Recuperação do ouro e da prata no estado sólido: via processo eletrolítico (célula de Zadra) ou via processo cementação com zinco em pó.

4- Regeneração do carvão ativado.



Atualmente, os seguintes processos de adsorção em carvão ativado são empregados na indústria para a concentração de ouro e prata a partir de polpas (ou soluções) cianetadas:

– CIP: Carvão em Polpa– CIL: Carvão em Lixiviação– CIC: Carvão em Coluna

No caso do carvão ativado ser substituído por resinas orgânicas, os processos correspondentes são:

– RIP: Resina em Polpa– RIL: Resina em Lixiviação– RIC: Resina em Coluna

* São poucos os processos descritos na literatura sobre a utilização de resinas para a adsorção de ouro. Exemplos são: as usinas de Golden Jubilee* (África do Sul) e a de Muruntau (Uzbequistão).

Adsorção em carvão ativado-CIP


A figura abaixo mostra um fluxograma típico de uma usina com método de carvão em polpa (CIP) para o carregamento do ouro cianetado.

Circuito ou cascata de lixiviação

Circuito de dessorção

Circuito de adsorção CIP

Circuito de regeneração do carvão ativado

Adsorção em carvão ativado-CIL


A figura abaixo mostra um fluxograma típico de uma usina com método de carvão em lixívia (CIL) onde a cianetação do ouro e o carregamento deste no carvão ativado é um processo “quase simultâneo”. Usado para minérios do tipo “preg-robbing”.

Alimentação*

Adsorção em carvão ativado-CIC


A figura abaixo mostra uma representação esquemática de um sistema de adsorção com o método de carvão em coluna (CIC) tipo leito fluidizado múltiplo em cascata.

Em geral, o processo CIC é o mais usado no tratamento de soluções ricas provenientes de lixiviação em pilhas.

Adsorção em carvão ativado - CIP x CIL


Vantagens e desvantagens

- CIL apresenta as vantagens de menor custo de capital e melhor desempenho no caso minerais contendo substâncias capazes de adsorver o ouro da polpa de cianetação. Tais constituintes (preg-robbers), em geral matéria carbonosa, competem com o carvão pelo ouro dissolvido na polpa, razão pela qual é desejável a introdução de carvão nos estágios iniciais da cianetação. Na prática industrial é comum a operação com 1 ou 2 tanques apenas de cianetação, seguidos de vários estágios de adsorção/dessorção.

Em contrapartida, o CIL apresenta as seguintes desvantagens inerentes quando comparado ao CIP:-implica em maior inventário de carvão no sistema;-Ocorre um maior perda de ouro nos finos de carvão, decorrente do maior tempo de residência do carvão no circuito;-Há uma menor concentração de ouro na polpa, implicando em menor carregamento de Au no carvão. Assim, o processo requer uma maior transferência de carvão e, conseqüentemente, maiores unidades de eluição e regeneração térmica de carvão.

Em geral, o CIL só se justifica em minérios “preg-robbing” ou naqueles em que a cinética de cianetação é rápida.

Adsorção em carvão ativado - eluição


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