Eliminación de arsénico en concentrados. Alternativas para la eliminación de arsénico en concentrados de cobre y oro: Aspéctos técnicos y medioambientales.

Eliminación de arsénico en Eliminación de arsénico en concentradosconcentrados

Alternativas para la Alternativas para la eliminación de arsénico en eliminación de arsénico en

concentrados de cobre y oro:concentrados de cobre y oro:Aspéctos técnicos y Aspéctos técnicos y medioambientales.medioambientales.

Björn LindquistBjörn LindquistTilek ABTilek AB

2009-02-192009-02-19

DeclaraciónDeclaración

Tilek AB trabaja independiente de todos los Tilek AB trabaja independiente de todos los proveedores de tecnología.proveedores de tecnología.

El contenido en la exposición es unicamente El contenido en la exposición es unicamente basado en mis propias experiencias y basado en mis propias experiencias y conclusiones.conclusiones.

No se menciona nombres de proveedores No se menciona nombres de proveedores solamente tecnologías.solamente tecnologías.

ContenidoContenido

•Presencia de arsénico en concentrados de oro y cobre.Presencia de arsénico en concentrados de oro y cobre.

•Razónes metalúrgicas para su eliminación.Razónes metalúrgicas para su eliminación.

•Eliminación por tostaciónEliminación por tostación

•Eliminación por lixiviaciónEliminación por lixiviación

•Comparación de las dos víasComparación de las dos vías

Presencia de arsénico en Presencia de arsénico en concentradosconcentrados

-Arsenopirita, FeAsSArsenopirita, FeAsS

-Enargita, Cu3AsS4Enargita, Cu3AsS4

-Tenantita, Cu12As4S13 ( grupo tetrahedrita) -Tenantita, Cu12As4S13 ( grupo tetrahedrita)

Razones para la eliminación de Razones para la eliminación de arsénicoarsénico

En una fundición, el arsénico se reparte en En una fundición, el arsénico se reparte en todos los productos formados en cada una de todos los productos formados en cada una de las etapas metalúrgicas.las etapas metalúrgicas.

No es fácil concentrar el arsénico en un No es fácil concentrar el arsénico en un producto.producto.

El arsénico es un elemento en el cual muchos El arsénico es un elemento en el cual muchos de sus compuestos constituye tanto un de sus compuestos constituye tanto un problema medioambiental como un problema problema medioambiental como un problema de la calidad de los productos finales.de la calidad de los productos finales.

Eliminación por tostaciónEliminación por tostaciónRazones por tostaciónRazones por tostación

Tostación en horno solera multipleTostación en horno solera multiple

Tostación en horno lecho fluidizanteTostación en horno lecho fluidizante

Flujograma de una planta con horno Flujograma de una planta con horno fluidizantefluidizante

Resultados metalúrgicos Resultados metalúrgicos Resultados medioambientalesResultados medioambientales

Razones de tostación de Razones de tostación de concentrados de cobreconcentrados de cobre

1.1. Volatilización del arsénico por uso de una Volatilización del arsénico por uso de una parte de la energía química en los mineralesparte de la energía química en los minerales

2.2. Preparar los concentrados para un Preparar los concentrados para un tratamiento pirometalúrgico o tratamiento pirometalúrgico o hidrometalúrgico.hidrometalúrgico.

Razones para la tostación Razones para la tostación de concentrados de oro 1de concentrados de oro 1

1.1. Preparar los concentrados por una Preparar los concentrados por una lixiviación con cianuro a fuerza de:lixiviación con cianuro a fuerza de:

Transformar el cobre a una forma lixiviable Transformar el cobre a una forma lixiviable para su eliminación antes del cianuro.para su eliminación antes del cianuro.

Preparacion de los minerales de oro y Preparacion de los minerales de oro y plata a formas lixiviablesplata a formas lixiviables

Razones para la tostación Razones para la tostación de concentrados de oro 2de concentrados de oro 2

Como normalmente se usa cianuro para Como normalmente se usa cianuro para la lixiviación de oro y plata es necesario la lixiviación de oro y plata es necesario poder:poder:

Eliminar metales que consumen cianuro, Eliminar metales que consumen cianuro, como en el cobrecomo en el cobreEliminar piritina que consume oxígeno.Eliminar piritina que consume oxígeno.Liberar el oro cuando existe en forma de Liberar el oro cuando existe en forma de partículas finas o compuestos refractariospartículas finas o compuestos refractarios

Horno de solera multipleHorno de solera multiple

Tostación en lecho Tostación en lecho fluidizadofluidizado

Volatilización de arsénicoVolatilización de arsénico

80

85

90

95

100

800 900 1000 1100

Ars

en

ic v

ola

tiliz

ati

on

, %

Bed temperature, ºK

Figure 1: Effect of temperature on arsenic volatilization for concentrates

Volatilización de arsénicoVolatilización de arsénico

90

92

94

96

98

100

2,00 3,00 4,00 5,00

Ars

en

ic v

ola

tilizati

on

, %

Arsenic content in feed, %

Figure 6: Effect of arsenic content in feed on arsenic volatilization at 983 ºK

Recuperación de los Recuperación de los metalesmetales

La recuperación de cobre y los metales La recuperación de cobre y los metales preciosos en el proceso de tostación preciosos en el proceso de tostación alcanza los 99.99 %.alcanza los 99.99 %.

Las emisiones del arsénico Las emisiones del arsénico al aireal aire

En una fundición con una tostación de En una fundición con una tostación de concentrados de cobre con un contenido de concentrados de cobre con un contenido de 1000 toneladas de arsénico anual las 1000 toneladas de arsénico anual las emisiones han sido menos de 10 kgs al año.emisiones han sido menos de 10 kgs al año.

Es decir, la recuperación ha sido más de Es decir, la recuperación ha sido más de 99,999 %99,999 %

Control de emisiones Control de emisiones secundariassecundarias

Un horno de lecho fluidizado es un sistema cerrado.Un horno de lecho fluidizado es un sistema cerrado. Encima del lecho, e incluyendo todo el sistema Encima del lecho, e incluyendo todo el sistema

para el tratamiento de los gases se mantiene una para el tratamiento de los gases se mantiene una presión negativa.presión negativa.

Calcinas formadas son transferidas a fajas Calcinas formadas son transferidas a fajas cubiertas en las cuales existen una subpresión.cubiertas en las cuales existen una subpresión.

Polvos de filtros electrostáticos secos son Polvos de filtros electrostáticos secos son transferidos en sistemas cubiertos.transferidos en sistemas cubiertos.

Polvo de trióxico de arsénico es transportado Polvo de trióxico de arsénico es transportado neumáticamente en un sistema cerrado a los silos neumáticamente en un sistema cerrado a los silos para su almacenaje.para su almacenaje.

Tolvas y puntos de transferencia son cerrados Tolvas y puntos de transferencia son cerrados

Resultados de mediciones alrededor de Resultados de mediciones alrededor de horno de lecho fluidizante, tostando horno de lecho fluidizante, tostando concentrados de cobre con arsénicoconcentrados de cobre con arsénico

Resultados entre 1998-2005 demuestran que Resultados entre 1998-2005 demuestran que todas las mediciones hechas en operadores todas las mediciones hechas en operadores cumplen con los requerimientos:cumplen con los requerimientos:

CuCu 1,0 mg/m31,0 mg/m3

PbPb 0,1 ”0,1 ”

AsAs 0,03 ” ( más tarde bajado a 0,01 )0,03 ” ( más tarde bajado a 0,01 )

CdCd 0,05 ” ( más tarde bajado a 0,02 )0,05 ” ( más tarde bajado a 0,02 )

SO2SO2 5,0 ”5,0 ”

Plantas que han sido puestas en marcha durante los Plantas que han sido puestas en marcha durante los últimos 30 años utilizando la tecnología de últimos 30 años utilizando la tecnología de

tostación en lecho fluidizante para la eliminación de tostación en lecho fluidizante para la eliminación de arsénico o azufrearsénico o azufre

Empresa Empresa País País Tostación Tostación Capacidad,Capacidad,

(t/d) (t/d)

Año Año Comentario Comentario

TMMIC TMMIC China China Parcial Parcial 640640 19781978 Concentrado de Concentrado de cobre con arsénico cobre con arsénico

Rokana Rokana Zambia Zambia Sulfatizante Sulfatizante 420420 19791979 Concentrado de Concentrado de cobre cobre

Chambishi Chambishi Zambia Zambia Sulfatizante Sulfatizante 370370 19811981 Concentrado de Concentrado de cobre cobre

Lepanto Lepanto Filipinas Filipinas Parcial Parcial 180180 19821982 Concentrado de Concentrado de cobre con altas cobre con altas leyes de arsénico leyes de arsénico

Boliden Boliden Suecia Suecia Parcial Parcial 11001100 19801980 Concentrado de Concentrado de cobre con altas cobre con altas leyes de arsénico leyes de arsénico

Rontealde Rontealde España España Total Total 600600 19851985 Concentrado de Concentrado de pirita con arsénico pirita con arsénico

Minahasa Minahasa IndonesiaIndonesia Total Total 21602160 19941994 Concentrado de oro Concentrado de oro con arsénico con arsénico

Newmont Gold Newmont Gold EEUU EEUU Total Total 80008000 19921992 Concentrado de oro Concentrado de oro con arsénico con arsénico

Gidji/Gidji/W.A.KGCM W.A.KGCM

Australia Australia Total Total 11501150 19871987 Concentrado de oro Concentrado de oro con arsénico con arsénico

Cortez Cortez EEUU EEUU Total Total 20002000 19901990 Concentrado de oro Concentrado de oro con arsénico con arsénico

Plantas nuevasPlantas nuevasSe construyeron dos plantas nuevas en Se construyeron dos plantas nuevas en China, ambos por tostación de China, ambos por tostación de concentrados de cobre con arsénico en concentrados de cobre con arsénico en hornos con lecho fluidizante en dos hornos con lecho fluidizante en dos etapas.etapas.

Actualmente una empresa minera en Actualmente una empresa minera en Chile ha decidido construir un horno con Chile ha decidido construir un horno con lecho fluidizante para su concentrado de lecho fluidizante para su concentrado de cobre con altas leyes de arsénico y tratar cobre con altas leyes de arsénico y tratar las calcinas en sus fundiciones.las calcinas en sus fundiciones.

Manejo del arsénicoManejo del arsénicoSe puede recuperar el arsénico de los gases Se puede recuperar el arsénico de los gases del horno de tostación, tanto por vía seca del horno de tostación, tanto por vía seca como por vía húmeda.como por vía húmeda.

Por ambas vías: seca o húmeda, hay varias Por ambas vías: seca o húmeda, hay varias posibilidades para su transformación:posibilidades para su transformación:

Trióxido en silos.Trióxido en silos.Trióxido mezclado con cemento y cal.Trióxido mezclado con cemento y cal.Escorodita.Escorodita.Arsenito de calcio.Arsenito de calcio.

Resumen de tostaciónResumen de tostación

Tecnología desarrollada.Tecnología desarrollada.

Tecnología que puede alcanzar los Tecnología que puede alcanzar los requerimientos medioambientales.requerimientos medioambientales.

Tecnología con altas recuperaciones de Tecnología con altas recuperaciones de los metales.los metales.

Tecnología que permite producir Tecnología que permite producir arsénico separado de los demás arsénico separado de los demás compuestos.compuestos.

Eliminación por lixiviaciónEliminación por lixiviación

Razones por lixiviaciónRazones por lixiviación

Presentación de biolixiviaciónPresentación de biolixiviación

Razones por lixiviaciónRazones por lixiviación

Como se trabaja a bajas temperaturas se Como se trabaja a bajas temperaturas se evita la formación de As2O3 como vapor que evita la formación de As2O3 como vapor que constituye un riesgo medioambiental.constituye un riesgo medioambiental.

Es una tecnología que ya ha mostrado costos Es una tecnología que ya ha mostrado costos ventajosos para la producción de metales.ventajosos para la producción de metales.

Por qué biolixiviaciónPor qué biolixiviación

La participación de microbios en una lixiviación, La participación de microbios en una lixiviación, ofrece una posibilidad, ello es usado para hacer ofrece una posibilidad, ello es usado para hacer procesos a costos baratos.procesos a costos baratos.

En los últimos 20 años los conocimientos y la En los últimos 20 años los conocimientos y la tecnología han sido desarrolladas rapidamente.tecnología han sido desarrolladas rapidamente.

Bacterias han participado en procesos de Bacterias han participado en procesos de lixiviación en el pasado sin que la gente lo lixiviación en el pasado sin que la gente lo supiese.supiese.

Existen varias experiencias para concentrados Existen varias experiencias para concentrados con arsénico.con arsénico.

Biolixiviación - proceso 1Biolixiviación - proceso 1Fierro y azufre en los minerales son oxidados con Fierro y azufre en los minerales son oxidados con ayuda de microbios para la producción de iones ayuda de microbios para la producción de iones ferricos, los que continuan la lixiviación formando ferricos, los que continuan la lixiviación formando metales solubles en forma de sulfatos que se metales solubles en forma de sulfatos que se puede extraer. El arsenico se disuelve también.puede extraer. El arsenico se disuelve también.

Los metales preciosos no se disuelven, pero por Los metales preciosos no se disuelven, pero por la destrucción de los minerales durante la la destrucción de los minerales durante la oxidación, estos liberan los minerales auríferos y oxidación, estos liberan los minerales auríferos y los hacen accesibles al cianuro.los hacen accesibles al cianuro.

Normalmente se denomina el proceso Normalmente se denomina el proceso biooxidación.biooxidación.

Biolixiviación-proceso 2Biolixiviación-proceso 2

La biolixiviación puede suceder La biolixiviación puede suceder normalmente en dos etapas que suceden normalmente en dos etapas que suceden paralelamente:paralelamente:

-Una por los iones férricos formando iones Una por los iones férricos formando iones ferrosos y azufre elemental. En esta etapa ferrosos y azufre elemental. En esta etapa se disuelve el arsénico.se disuelve el arsénico.

-Otra por las enzimas de los microbios, Otra por las enzimas de los microbios, recuperando los iones ferricos y oxidando recuperando los iones ferricos y oxidando el azufre elemental a iones sulfatos.el azufre elemental a iones sulfatos.

Biolixiviación-Proceso 3Biolixiviación-Proceso 3

En la biolixiviación de oro desde En la biolixiviación de oro desde concentrados con arsenopirita no se puede concentrados con arsenopirita no se puede lixiviar oro con los iones férricos.lixiviar oro con los iones férricos.

Lo que sucede es una lixiviación de Lo que sucede es una lixiviación de arsenopirita y otros minerales con fierro y arsenopirita y otros minerales con fierro y azufre para que se libere los granos de oro.azufre para que se libere los granos de oro.

Luego el oro es accesible para una Luego el oro es accesible para una lixiviación con cianuro.lixiviación con cianuro.

Ataque primero: Ataque primero: 2FeAsS + Fe2FeAsS + Fe22(SO(SO44))33 + 3O + 3O22 Fe(AsO Fe(AsO22))22 + 3FeSO + 3FeSO44 + 2S + 2S

Oxidación de azufre:Oxidación de azufre: 2S + 3O2S + 3O22 + 2H + 2H22O O 2H 2H22SOSO44

Regeneración de fierro 1: Regeneración de fierro 1: 2FeSO2FeSO4 4 + 1/2O+ 1/2O2 2 + H+ H22SOSO44 Fe Fe22(SO(SO44))3 3 + H+ H22OO

Regeneración de fierro 2: Regeneración de fierro 2: Fe(AsOFe(AsO22))22 + FeSO + FeSO4 4 + 1,5 O+ 1,5 O22 + H + H22O 2FeAsOO 2FeAsO44 + H + H22SOSO44

Biolixiviación-proceso 4.Biolixiviación-proceso 4.ArsenopiritaArsenopirita

Biolixiviación - proceso 5.Biolixiviación - proceso 5.RequerimientosRequerimientos

Aire para la oxidación de los minerales.Aire para la oxidación de los minerales.

Dióxido de carbón.Dióxido de carbón.

Un pH entre 1,5 y 2,2.Un pH entre 1,5 y 2,2.

Una temperatura de 40 C.Una temperatura de 40 C.

Biolixiviación - proceso 6Biolixiviación - proceso 6Lixiviación en pilas o Lixiviación en pilas o

tanquestanquesLas condiciones son difíciles de controlar en pilas.Las condiciones son difíciles de controlar en pilas.

En consecuencia la mayoría de las plantas han En consecuencia la mayoría de las plantas han sido basadas en lixiviación en tanques.sido basadas en lixiviación en tanques.

Flujograma biooxidación de Flujograma biooxidación de concentrado de oroconcentrado de oro

Referencias concentrados de Referencias concentrados de oro-1oro-1

PlantaPlanta Capacidad,Capacidad,T/díaT/día

MineralesMinerales LugarLugar Año de Año de con-con-strucciónstrucción

FairviewFairview 1414 Pirita, Pirita, ArsenopiritaArsenopirita

Barberton, Barberton, EEUUEEUU

1986, 1991,1986, 1991,19991999

Harbour Harbour LightsLights

5555 ” ” Leonora, Leonora, AustraliaAustralia

19991999

São BentoSão Bento 150150 PiritaPiritaArsenopiritaArsenopiritaPirotinaPirotina

BrazilBrazil 1991, 1994, 1991, 1994, 19981998

WilunaWiluna 115115 PiritaPiritaArsenopiritaArsenopirita

AustraliaAustralia 1993, 19961993, 1996

YouanmiYouanmi 120120 ” ”

AustraliaAustralia 19941994

Referencias concentrados de Referencias concentrados de oro-2oro-2

PlantaPlanta Capacidad,Capacidad,T/díaT/día

MineralesMinerales LugarLugar Año de con-Año de con-strucciónstrucción

Ashanti-SansuAshanti-Sansu 720720 Pirita, Pirita, ArsenopiritaArsenopiritaPirotinePirotine

Obuasi, GhanaObuasi, Ghana 1994, 19951994, 1995

TamboraqueTamboraque 6060 Pirita,Pirita,ArsenopiritaArsenopirita

San Mateo,San Mateo,PeruPeru

19981998

LaizhouLaizhou 100100 PiritaPiritaArsenopiritaArsenopirita

Shandong,Shandong,ChinaChina

20012001

Pelígros para bacteriasPelígros para bacterias

TiocianatosTiocianatos

Bacteriocides, fungicidesBacteriocides, fungicides

PetroleoPetroleo

CloroCloro

Minerales carbonates a vecesMinerales carbonates a veces

Resúmen, lixiviación Resúmen, lixiviación concentrados de oroconcentrados de oro

Cumple con las exigencias Cumple con las exigencias medioambientalesmedioambientales

Concentrados con cobre Concentrados con cobre

En concentrados con cobre es necesario En concentrados con cobre es necesario lixiviar fierro, azufre, arsénico pero lixiviar fierro, azufre, arsénico pero además cobre.además cobre.

Luego de este tratamiento se puede Luego de este tratamiento se puede lixiviar metales precios.lixiviar metales precios.

Un proceso que funcione más Un proceso que funcione más económicamente todavía no existe.económicamente todavía no existe.

Los esfuerzos hechos son grandes.Los esfuerzos hechos son grandes.

Dificultades adicionalesDificultades adicionalesBacterias que operan a 40ºC dan una lixiviación demasiado lenta de Bacterias que operan a 40ºC dan una lixiviación demasiado lenta de calcopirita y enargita.calcopirita y enargita.

Los termofilas, que pueden tolerar 80ºC tienen una membrana delgada que no Los termofilas, que pueden tolerar 80ºC tienen una membrana delgada que no permite altas concentraciones en la suspensión.permite altas concentraciones en la suspensión.

Con altas temperaturas el abasto de oxígeno es difícil.Con altas temperaturas el abasto de oxígeno es difícil.

Fue necesario cambiar aire con oxígeno puro.Fue necesario cambiar aire con oxígeno puro.

Ha sido difícil alcanzar recuparaciones altas de los metales.Ha sido difícil alcanzar recuparaciones altas de los metales.

Los materiales de construcción son más costosos.Los materiales de construcción son más costosos.

Los termofilas que se usaban no existen en la naturaleza:Los termofilas que se usaban no existen en la naturaleza:

Se tienen que cultivarlos durante las condiciones nuevas cuando solamente Se tienen que cultivarlos durante las condiciones nuevas cuando solamente algunos pueden adaptarse y sobrevivir.algunos pueden adaptarse y sobrevivir.

Proyecto en ChileProyecto en Chile

Una planta piloto con una capacidad de Una planta piloto con una capacidad de 20,000 toneladas de cobre refinado 20,000 toneladas de cobre refinado trabajó por algunos años con un trabajó por algunos años con un concentrado de cobre, arsénico y concentrado de cobre, arsénico y metales preciosos por bioxidación.metales preciosos por bioxidación.

Después de gastar 74MUSD la empresa Después de gastar 74MUSD la empresa minera tomó la decisión de construir una minera tomó la decisión de construir una planta de tostación seguido por un planta de tostación seguido por un tratamiento pirometalúrgico.tratamiento pirometalúrgico.

Comparación de las dos víasComparación de las dos vías

Biooxidación de concentrados de oro es una vía que ha Biooxidación de concentrados de oro es una vía que ha mostrado sus ventajas en comparación con la tostación.mostrado sus ventajas en comparación con la tostación.

Para concentrados de cobre y metales preciosos la Para concentrados de cobre y metales preciosos la tostación es la única vía por el momento.tostación es la única vía por el momento.

Sin embargo, hay razones fuertes para pensar que Sin embargo, hay razones fuertes para pensar que tambien en este caso se va a desarollarse más la tambien en este caso se va a desarollarse más la biolixiviacón:biolixiviacón:

Posibilidades para optimizar entre la mina y la lixiviación.Posibilidades para optimizar entre la mina y la lixiviación.

Es una tecnología que no necesita capacidades altas Es una tecnología que no necesita capacidades altas para ser económicamente intresante.para ser económicamente intresante.

GRACIASGRACIAS