INTRODUCCIÓN
La industria minera cubana ha alcanzado un desarrollo grande en la explotación de los yacimientos de níquel y cobalto.
Cuba hoy cuenta con una Empresa Mixta que opera una planta de beneficio en el municipio Santa Lucia, provincia de Pinar del Río, donde se obtienen concentrados de sulfuro de plomo y concentrados de sulfuro de zinc con destino a la exportación. En la parte oriental, en el Municipio Moa, de la provincia de Holguín el país cuenta con dos plantas de procesamiento de minerales de níquel y cobalto, (una empresa mixta y otra 100 % cubana) que están en explotación desde hace varias décadas y producen sulfuro de níquel + cobalto y óxido de níquel también para la exportación.
Las plantas de níquel en operación en la actualidad son: Moa Nickel S.A que emplea el proceso ácido a presión y la planta Comandante Ernesto Che Guevara que utiliza el proceso Caron.
La planta Pedro Soto Alba de Moa, que trabaja el proceso de lixiviación ácida en autoclave a altas temperaturas y bajas presiones, es un método muy eficiente e insustituible debido a las altas recuperaciones de níquel y cobalto, siempre que entre al sistema una pulpa con alto por ciento de sólido. Debido a que los yacimientos de minerales de níquel de más alta ley y mejores propiedades de sedimentación están en la fase de agotamiento, la pulpa que entra al sistema de lixiviación no contiene el por ciento de sólidos deseado y menor contenido de níquel. Por tal motivo, el Centro de Investigaciones para la Industria Minero Metalúrgica (CIPIMM) se dio a la tarea de comenzar estudios alternativos para la lixiviación de estos minerales de propiedades diferentes, seleccionando la lixiviación ácida con aplicación de las ondas ultrasónicas a presión atmosférica, lo que representa una nueva alternativa con posibilidad de aplicación en la industria minera para minerales de níquel con alto contenido de magnesio lo cual podría permitir el aprovechamiento de estos minerales.
Hoy en el mundo aparecen trabajos, publicaciones y proveedores de esta tecnología e incluso productores que practican esta técnica con resultados positivos. El CIPIMM ha aplicado esta técnica en el procesamiento de minerales de oro alcanzando incrementos en la eficiencia debido al efecto molienda que tienen las ondas ultrasónicas en las pulpas de estos minerales auríferos(Martínez et al., 2014). Por lo cual el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la aplicación de ondas ultrasónicas en el proceso de lixiviación ácida a presión atmosférica y temperatura ambiente de mineral de níquel con alto contenido de magnesio.
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se realizó con un mineral de Serpentina con la siguiente composición química:
Tabla 1.
Composición química
La muestra utilizada está constituida fundamentalmente por: Goethita - 33 %, Magnetita - maghemita - 20 %, Hematita 7 %, Gibbsita - 6 %, Serpentina - 22 %, Clorita - 12 %.
La velocidad de sedimentación del mineral fue 120mm/2 horas
La aplicación de OU se realizó según la instrucción de operación del CIPIMM del baño de OU, marca Bandelin Sonorex con capacidad de 8 L de agua destilada. La determinación de la humedad (% de sólidos) se realizó en el equipo marca Denver Instrument, de acuerdo a los manuales del centro.
Caracterización química
Los análisis químicos se ejecutaron según los procedimientos establecidos del Departamento de Caracterización de Materiales del CIPIMM para este tipo de minerales (DCM-PT-09-001 y DCM-PT-09-002).
Análisis mineralógico
Las muestras se caracterizaron por difracción de Rayos X por medio de un equipo de difracción de rayos X para polvos marca Philips modelo PW 1710.Para ello el mineral se molió, se pulverizó en un pulverizador de anillo y se envió para su análisis.
Selección de variables independientes
Para la realización de los experimentos se empleó un diseño de experimentos. La revisión bibliográfica del tema indicó ciertos parámetros a tener en cuenta por diferentes autores, pero, después de una cuidadosa revisión de estos, se llegó a la conclusión que las más influyentes son:
Tiempo de exposición al ultrasonido.
Concentración de ácido sulfúrico.
Porciento de sólido.
Temperatura de la pulpa.
Tiempo de lixiviación del mineral.
Se seleccionó un diseño de experimento (Diseño de Cribado de un cuarto de fracción 2^5-2, con 11 corridas incluyendo 3 repeticiones del punto central para la evaluación de la precisión de las mediciones). Para realizar los cálculos estadísticos del efecto de las variables se utilizó el Statgrafic. El rango de las variables seleccionadas se estableció sobre la base de experiencias anteriores.
Tabla 2.
Matriz experimental para la lixiviación ácida a presión atmosférica.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Lixiviación atmosférica con ácido sulfúrico en pulpas de mineral de serpentina con aplicación de ultrasonido
Los estudios del efecto de OU sobre la pulpa durante el proceso de lixiviación se realizaron con mineral serpentínico, usando el esquema de la tecnología de cura ácida-lixiviación, desarrollada por el CIPIMM.
Los resultados del diseño de experimento de la lixiviación con el uso de OU, se reportan en la tabla 3. Los resultados indicaron que la concentración de ácido fue la variable más significativa, obteniéndose los mejores resultados de extracción en su nivel más alto: 120 g/L. El experimento 6 fue el que aportó los mejores resultados y al que corresponden: concentración de ácido sulfúrico -120 g/L, contenido de sólidos en la pulpa - 35 %, temperatura - 80 0C, tiempo de lixiviación - 60 min y tiempo de tratamiento ultrasónico - 90 min, con lo que se obtienen recuperaciones de níquel y cobalto de 56.1 y 33.6 % respectivamente. En el rango de tiempo empleado no se observó una diferencia significativa entre los dos niveles estudiados para el tiempo de aplicación de las ondas ultrasónicas.
Diseño de Experimentos
Tabla 3.
Resultados de lixiviación con la aplicación de ondas ultrasónicas
Nota: Los ensayos 9, 10 y 11 se realizaron en el nivel medio del diseño de experimentos para determinar el error de los ensayos
Para poder definir la influencia de las ondas ultrasónicas se corrieron los 8 experimentos básicos del diseño sin el empleo de estas. La Tabla 4 muestra los resultados obtenidos. Comparando las recuperaciones de las tablas 3 y 4 se puede ver que, en casi la totalidad de los casos, los resultados obtenidos con las ondas ultrasónicas, independientemente de los valores de las otras variables, son siempre superiores, lo que corrobora la influencia positiva del empleo de las mismas en estos procesos.
Estos resultados pueden verse en forma gráfica en las figuras 1, 2 y 3 para los elementos Ni, Co y Fe respectivamente.
A pesar de estas mejoras es necesario destacar que los valores de recuperación obtenidos por esta vía son bajos, aun con el empleo de ondas ultrasónicas, si estos se comparan con los obtenidos en la actualidad por Moa Nickel SA, pero con el empleo de la lixiviación ácida a presión, donde se alcanzan recuperaciones de hasta 90 %.
Tabla 4.
Recuperación de Ni, Co y Fe sin aplicación de ondas ultrasónicas
Figura 1.
Recuperación de Ni con y sin aplicación de OU. Experimentos del 1 al 8
Figura 2.
Recuperación de Co con y sin aplicación de OU. Experimentos del 1 al 8.
Figura 3.
Recuperación de Fe con y sin aplicación de OU. Experimentos del 1 al 8.
De todo lo anterior podemos observar algunos aspectos de interés, los que se relacionan a continuación.
La tecnología de cura ácida, reportó ser un proceso de lixiviación selectiva con respecto al hierro, presentando en general una baja disolución de este metal con y sin aplicación de ondas ultrasónicas.
La lixiviación de la serpentina de Moa Oriental reportó resultados interesantes, variando la extracción de Ni (mejores resultados) entre 54 y 56 % con aplicación de OU, lo que representa un consumo de ácido entre 13 y 15 t de ácido/ t de mineral, menor en comparación con el consumo de Moa de 26 t de ácido/ t de mineral. Un estimado del costo de producción indicó que el costo de la producción de Ni será de un 50 a 60 % menor que en la planta de Moa, aun con una extracción más baja del orden de 54 a 56% Ni contra 90%.
Los ensayos en general, indicaron que el consumo de ácido (en la reacción con los metales) reportó un valor típico esperado, siendo el valor del ácido libre de 20 a 25 g/L.
Es importante realizar estudios más detallados de la lixiviación por un tiempo más prolongado, así como evaluar el ácido libre.
La disolución del Co es más rápido que la del níquel. En el tratamiento con OU, otro aspecto importante que se debe estudiar será el efecto del incremento de la concentración de ácido hasta el orden de 250 - 300 g/L.
Se observó que la aplicación de ondas ultrasónicas entre 30 y 90 minutos, no produce cambios significativos en la disolución de los metales, pero si se observó una mejoría de las recuperaciones con relación a las pruebas sin el uso de las ondas ultrasónicas. Es necesario evaluar tiempos menores de aplicación de OU y de esta manera valorar si es posible disminuir el consumo de energía. Los resultados alcanzados en los estudios preliminares fueron positivos, pero se requiere optimizar el proceso. Es importante establecer y estudiar el efecto de OU sobre la reología de las pulpas tratadas, la eficiencia de lavado del residuo y la separación de los metales.
CONCLUSIONES
En el proceso de lixiviación, la variable más significativa fue la dosis de ácido.
En el rango de tiempo de aplicación de OU estudiado no se observó un efecto significativo del tiempo, pero sí pudo apreciarse una aceleración en la cinética de disolución del Ni, Co y Fe en relación con las pruebas sin empleo de OU.
La aplicación de OU incrementó de forma general la recuperación de Ni, Co y Fe en relación a los ensayos sin tratamiento ultrasónico.
Se produjo un bajo consumo de ácido y la disolución relativamente alta de los metales, reportando un ácido libre típico de este proceso.
RECOMENDACIONES
Se recomienda continuar las investigaciones de la aplicación de ondas ultrasónicas en otros minerales que generalicen su implementación.
Se requiere diseñar y construir equipos de OU para el uso específico en el campo de la minería, tanto a nivel de laboratorio, como a escala ampliada y planta piloto.