Precipitação com zinco em pó

Report
Procesamiento de minerales II
Tratamento de minerais de ouro e prata
Maria Luiza Souza
Montevideo
16-20 Setembro 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - 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;
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Recuperação do ouro dissolvido na cianetação
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.
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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.
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Precipitação com zinco em pó
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-
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Precipitação com zinco em pó
A reação química global pode ser representada por:
+ Zno = 2Auo + [Zn(CN) 4]2Na 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)+ 2eA 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).
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Precipitação com zinco em pó
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.
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Precipitação com zinco em pó
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.
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Precipitação com zinco em pó
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.
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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.
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Adsorção em carvão ativado
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.
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Adsorção em carvão ativado
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.
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Adsorção em 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).
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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
adsorção CIP
Circuito de
regeneração do
carvão ativado
Circuito de
dessorção
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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*
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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.
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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.
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Adsorção em carvão ativado - eluição
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