Reactivos para inhibir la lixiviación de cobre en la cianuración de minerales de oro que contienen cobre

Introducción

La cianuración es un método ampliamente utilizado y eficaz para la extracción de oro de minerales auríferos, especialmente en el caso de minerales auríferos cupríferos. Se basa en la capacidad de... ion cianuroPara formar complejos estables con el oro, lo que permite su disolución de la matriz mineral. La reacción química fundamental en el proceso de cianuración del oro es 4Au + 8NaCN+O₂ + 2H₂O=2Na[Au(CN)₂]+2NaOH. Este proceso ha sido fundamental en la industria minera del oro durante más de un siglo gracias a su relativamente alta eficiencia y a su tecnología bien conocida.

Sin embargo, cuando se trata de minerales de oro que contienen cobre, la presencia de mineral de cobreEl problema plantea desafíos significativos. Los minerales de cobre comunes asociados con el oro, como la calcopirita (CuFeS₂), la calcocita (Cu₂S), la malaquita (Cu₂(OH)₂CO₃) y la azurita (Cu₂(OH)₂(CO₃)₂), son bastante reactivos en soluciones de cianuro. Por ejemplo, en un medio con cianuro, la calcocita puede reaccionar de la siguiente manera: Cu₂S + 2NaCN = 2Na[Cu(CN)₂] + Na₂S. Estas reacciones conllevan el consumo de una gran cantidad de cianuro. El consumo excesivo de cianuro no solo incrementa el costo de producción, sino que también tiene implicaciones ambientales debido a su toxicidad.

Además, la disolución del cobre puede interferir con los procesos posteriores de recuperación de oroLos altos niveles de cobre en la solución de cianuro pueden reducir la eficiencia de la formación del complejo oro-cianuro, disminuyendo así el oro. tasa de lixiviaciónEsto se debe a que el cobre compite con el oro por los iones de cianuro y el oxígeno en la solución, alterando el equilibrio químico necesario para una disolución eficiente del oro. En algunos casos, la presencia de cobre también puede causar problemas en procesos posteriores, como la cementación con zinc o el carbón en pulpa (CIP) para la recuperación de oro, lo que resulta en menores tasas de recuperación de oro y una calidad deficiente del producto.

Por lo tanto, es fundamental encontrar reactivos eficaces para inhibir la lixiviación del cobre durante la cianuración de minerales cupríferos auríferos. Dichos reactivos pueden ayudar a optimizar el proceso de cianuración y reducir... consumo de cianuroy mejorar la eficiencia general de la extracción de oro, haciendo que la operación minera sea más viable económicamente y respetuosa con el medio ambiente. En las siguientes secciones, exploraremos diversos reactivos estudiados y utilizados para este fin.

Características de lixiviación del cobre en soluciones de cianuro

En soluciones de cianuro, los minerales de cobre asociados con el oro presentan comportamientos de lixiviación distintivos. Los minerales primarios de cobre comunes, como la calcopirita (CuFeS₂) y la calcocita (Cu₂S), junto con la malaquita (Cu₂(OH)₂CO₃), la azurita (Cu₂(OH)₂(CO₃)₂), la bornita (Cu₂2FeS₃), la cuprita (Cu₂O) y el cobre nativo, son relativamente solubles.

Estos minerales de cobre pueden lixiviarse a temperatura ambiente (25 °C). La tasa de lixiviación del cobre varía considerablemente, desde el 5-10 % hasta más del 90 %. Por ejemplo, la malaquita y la azurita, minerales carbonatados de cobre, son bastante reactivas en soluciones de cianuro. La reacción química de la malaquita con el cianuro se puede expresar como Cu₂(OH)₂CO₃+2NaCN + H₂O = 2Na[Cu(CN)₂]+Na₂CO₃ + 3NaOH. Esto demuestra que, bajo la acción del cianuro, el cobre presente en la malaquita puede disolverse eficazmente.

Al tratarse de concentrados de oro con alto contenido de cobre, el proceso de lixiviación durante la cianuración presenta algunos síntomas clínicos. El consumo de cianuro se vuelve extremadamente alto. Generalmente, para diferentes minerales de cobre, la disolución de 1 gramo de cobre requiere el consumo de 2.3 a 3.4 gramos de... Cianuro de sodioAl mismo tiempo, la disolución del cobre también consume oxígeno en la solución. Por ejemplo, en el proceso de lixiviación de la calcocita, se produce la reacción 2Cu_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2] + 2Na_2S + 4NaOH, que no solo consume una gran cantidad de cianuro, sino también una cantidad significativa de oxígeno.

Además, el efecto de lixiviación se vuelve relativamente deficiente. Altos niveles de cobre en la solución de cianuro pueden reducir la eficiencia de la formación del complejo oro-cianuro. El cobre compite con el oro por los iones de cianuro y el oxígeno en la solución. Como resultado, se altera el equilibrio químico necesario para una disolución eficiente del oro. Esto conlleva una disminución de la tasa de lixiviación del oro y también puede causar problemas en procesos posteriores de recuperación de oro, como la cementación con zinc o el carbón en pulpa (CIP), lo que finalmente resulta en menores tasas de recuperación de oro y una menor calidad del producto.

Reactivos comunes para inhibir la lixiviación del cobre

Sales de plomo

Las sales de plomo se utilizan a menudo como reactivos para inhibir la lixiviación del cobre en la cianuración de minerales auríferos cupríferos. Entre las sales de plomo más utilizadas se encuentran el nitrato de plomo (Pb(NO₃)₂), el acetato de plomo (C₃H₂O₃Pb₃H₂O) y el óxido de plomo (PbO).

Tomemos como ejemplo el acetato de plomo. Las investigaciones han demostrado que añadir acetato de plomo antes de la lixiviación con cianuro puede inhibir eficazmente la lixiviación del cobre, mejorar la lixiviación del oro y la plata, y reducir el consumo de... Cianuro de sodioPara un concentrado de oro con un contenido de cobre del 4.92 %, al añadir 150 g/t de acetato de plomo directamente antes de la lixiviación, con una finura de molienda de -0.037 mm (95 %), un tiempo de lixiviación de 48 h, una concentración de cianuro de sodio del 0.5 %, un pH de 12 y una concentración de pulpa del 40 %, la ley de oro en el residuo de lixiviación se reduce a 1.20 g/t, la tasa de lixiviación de oro alcanza el 97.55 %, la tasa de recuperación de plata es del 60.28 % y el consumo de cianuro de sodio es de 14.37 kg/t. Esto demuestra claramente el efecto positivo del acetato de plomo en este proceso.

El mecanismo inhibidor de las sales de plomo puede estar relacionado con la formación de compuestos insolubles. Por ejemplo, el plomo puede reaccionar con sustancias sulfurosas presentes en el mineral para formar sulfuro de plomo insoluble. Esta reacción reduce la cantidad de sustancias sulfurosas que pueden reaccionar con los minerales de cobre, inhibiendo así su disolución. Además, las sales de plomo también pueden afectar las propiedades superficiales de los minerales de cobre, reduciendo su reactividad en la solución de cianuro.

Agentes quelantes (por ejemplo, ácido cítrico)

Los agentes quelantes, como el ácido cítrico, también pueden inhibir la lixiviación de cobre durante la cianuración. Estos agentes quelantes, como el ácido cítrico, actúan mediante un mecanismo único. El ácido cítrico contiene grupos carboxilo e hidroxilo, que pueden quelarse con iones dañinos como Cu^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+} y Fe^{3+} en la pulpa para formar quelatos estables.

Por ejemplo, el grupo carboxilo del ácido cítrico puede coordinarse con iones metálicos a través de los pares de electrones solitarios de los átomos de oxígeno, formando una estructura anular. Al quelar estos iones metálicos, el ácido cítrico puede eliminar sus efectos negativos en el proceso de lixiviación por cianuración, como la reducción de su consumo de oxígeno en la solución. Además, el ácido cítrico puede inhibir la disolución de minerales de ganga, como los que contienen calcio y magnesio. Puede interactuar con la superficie de estos minerales de ganga, modificando su carga superficial y sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas, lo que dificulta su disolución en la solución de cianuro. Esta inhibición de los minerales de ganga también puede mejorar el oxígeno activo efectivo en la pulpa. Cuando los minerales de ganga tienen menos probabilidad de disolverse, consumen menos oxígeno y hay más oxígeno disponible para la cianuración del oro, lo cual beneficia su lixiviación. En general, la adición de ácido cítrico puede ayudar a crear un entorno químico más favorable para la cianuración del oro, reduciendo la interferencia de otros iones metálicos y mejorando la eficiencia de la extracción de oro.

Otros (Breve introducción)

Además de los reactivos mencionados, controlar la concentración de iones de cianuro también puede ser una forma eficaz de debilitar la disolución del cobre. Cuando la concentración de iones de cianuro se controla adecuadamente dentro de un rango determinado, se puede reducir la velocidad de reacción de los minerales de cobre con el cianuro. Por ejemplo, en el caso de algunos minerales de oro con un contenido relativamente alto de minerales de cobre fácilmente solubles, al mantener la concentración de iones CN^ libres a un nivel relativamente bajo (como 0.05% - 0.10%), se puede reducir significativamente la velocidad de disolución de los minerales de cobre, mientras que la velocidad de disolución de los minerales de oro se mantiene relativamente alta, de modo que el cianuro actúa principalmente sobre la disolución de los minerales de oro.

Otro método consiste en utilizar el sistema amoníaco-cianuro. En este sistema, el amoníaco puede formar complejos con iones de cobre, lo que puede inhibir la lixiviación del cobre hasta cierto punto. Sin embargo, debido a la alta volatilidad del amoníaco, es difícil mantener una concentración estable en el proceso de producción industrial, lo que limita su aplicación a gran escala. Si bien este método ofrece la ventaja de reducir la lixiviación del cobre, es necesario abordar con mayor profundidad los desafíos en la práctica y la rentabilidad.

Factores que afectan el efecto de los reactivos

La efectividad de los reactivos utilizados para inhibir la lixiviación del cobre durante la cianuración de minerales de oro que contienen cobre está influenciada por varios factores, que son cruciales para comprender para optimizar el proceso de cianuración.

Propiedades del mineral

1. Tipos de minerales de cobre

1. Los diferentes minerales de cobre presentan distintas reactividades en soluciones de cianuro. Por ejemplo, los minerales de cobre carbonatado, como la malaquita (Cu₂(OH)₂CO₃) y la azurita (Cu₃(OH)₂(CO₃)₂), son relativamente más reactivos que algunos minerales de cobre sulfurados primarios, como la calcopirita (CuFeS₂). La malaquita reacciona fácilmente con el cianuro según la reacción Cu₂(OH)₂CO₃+2NaCN + H₂O = 2Na[Cu(CN)₂]+Na₂CO₃ + 3NaOH. Esta alta reactividad implica que, al utilizar reactivos para inhibir la lixiviación del cobre, podría requerirse una dosis mayor para minerales ricos en estos minerales de cobre reactivos.

2. En cambio, la calcopirita presenta una estructura más compleja y requiere mayor energía y condiciones de reacción específicas para disolverse en soluciones de cianuro. Sin embargo, en ciertas condiciones, puede contribuir a un consumo significativo de cianuro. Comprender el tipo de mineral de cobre predominante en la mena es el primer paso para determinar el reactivo adecuado y su dosificación.

2. Contenido de minerales de cobre

1. Cuanto mayor sea el contenido de cobre en el mineral, mayor será el potencial de lixiviación de cobre y el correspondiente consumo de cianuro. Por ejemplo, en un mineral aurífero con un contenido de cobre del 5%, la cantidad de cianuro consumida por las reacciones de lixiviación de cobre será mucho mayor que en un mineral con un contenido de cobre del 1%. Como resultado, el reactivo necesario para inhibir la lixiviación de cobre debe ajustarse proporcionalmente. Un mineral con mayor contenido de cobre puede requerir una mayor cantidad de sales de plomo o agentes quelantes para suprimir eficazmente la disolución del cobre. Las investigaciones han demostrado que por cada 1% de aumento en el contenido de cobre fácilmente soluble en el mineral, puede ser necesario aumentar el consumo de un inhibidor a base de sales de plomo en 10-20 g/t para mantener el mismo nivel de inhibición de la lixiviación de cobre.

Condiciones de proceso

1. Concentración de cianuro

1. La concentración de cianuro en la solución desempeña un doble papel en la lixiviación del cobre y en la eficacia de los inhibidores. Cuando la concentración de cianuro es baja, la velocidad de las reacciones de lixiviación del cobre se reduce. Por ejemplo, si la concentración de cianuro libre (CN^₃) se mantiene entre el 0.05 % y el 0.10 %, la velocidad de disolución de los minerales de cobre puede reducirse significativamente. Sin embargo, si la concentración de cianuro es demasiado baja, la velocidad de lixiviación del oro también puede verse afectada negativamente.

2. Al utilizar reactivos como las sales de plomo, la concentración óptima de cianuro para su eficacia puede variar. En algunos casos, puede requerirse una concentración ligeramente mayor de cianuro (alrededor del 0.15 % al 0.20 %) para garantizar que el inhibidor de sales de plomo pueda formar compuestos insolubles con sustancias que contienen azufre en el mineral, inhibiendo así eficazmente la lixiviación del cobre. Sin embargo, si la concentración de cianuro es demasiado alta, puede promover la disolución de minerales de cobre a pesar de la presencia de inhibidores.

2. valor del PH

1. El pH de la solución de cianuro es crucial tanto para la lixiviación del cobre como para la acción de los inhibidores. Generalmente, el proceso de cianuración se lleva a cabo en un medio alcalino, generalmente con un pH entre 10 y 11. En este rango de pH, se mantiene la estabilidad del ion cianuro y se minimiza su hidrólisis.

2. En el caso de agentes quelantes como el ácido cítrico, el pH de la solución afecta su capacidad quelante. El ácido cítrico contiene grupos carboxilo e hidroxilo que se quelan con iones metálicos. En un medio alcalino, se promueve la disociación de estos grupos funcionales, lo que mejora su capacidad quelante con iones de cobre. Sin embargo, un pH demasiado alto (superior a 12) puede provocar reacciones secundarias que reducen la eficacia del agente quelante. Por ejemplo, en una solución altamente alcalina, algunos complejos metal-quelato pueden descomponerse, liberando los iones de cobre quelados de nuevo a la solución.

3. Tiempo de lixiviación

1. El tiempo de lixiviación puede influir en el grado de lixiviación del cobre y en el rendimiento de los inhibidores. A medida que aumenta el tiempo de lixiviación, puede disolverse más cobre si no se inhibe eficazmente. Por ejemplo, en un proceso de lixiviación corto (menos de 12 horas), la cantidad de cobre lixiviado puede ser relativamente pequeña, y el inhibidor puede controlar más fácilmente la tasa de lixiviación. Sin embargo, si el tiempo de lixiviación se extiende a 48 horas o más, el efecto acumulativo de las reacciones de lixiviación del cobre puede ser más significativo.

2. En el caso de los inhibidores de sales de plomo, un tiempo de lixiviación más prolongado puede requerir una dosis inicial mayor del inhibidor. Esto se debe a que, con el tiempo, los compuestos insolubles que contienen plomo formados pueden consumirse gradualmente o su eficacia puede disminuir debido a la presencia continua de sustancias reactivas en la solución de cianuro. Por lo tanto, el tiempo de lixiviación debe considerarse cuidadosamente al determinar la cantidad y el tipo de reactivo a utilizar para la inhibición de la lixiviación del cobre.

Estudios de casos y aplicaciones prácticas

Caso 1: Aplicación de sales de plomo en una mina de oro en Sudáfrica

Una mina de oro en Sudáfrica procesaba un mineral de oro cuprífero con un contenido de cobre de aproximadamente el 3%. Antes de utilizar sales de plomo como inhibidor, el proceso de cianuración presentaba varios desafíos. El consumo de cianuro era extremadamente alto, alcanzando hasta 15 kg/t de mineral, y la tasa de lixiviación de oro era de tan solo alrededor del 80%. El alto contenido de cobre en el mineral provocaba una importante disolución de cobre durante la cianuración, lo que no solo consumía una gran cantidad de cianuro, sino que también interfería con el proceso de lixiviación de oro.

Tras añadir nitrato de plomo (Pb(NO_3)_2) a una dosis de 200 g/t de mineral, se observaron cambios notables. El consumo de cianuro se redujo a 8 kg/t de mineral, lo que representa una disminución de aproximadamente el 47 %. La tasa de lixiviación de oro aumentó al 90 %. Los beneficios económicos fueron significativos. Considerando el precio del cianuro y el valor del oro adicional recuperado, la mina ahorró aproximadamente 50 USD por tonelada de mineral procesado. Desde una perspectiva ambiental, la reducción del consumo de cianuro implicó un menor riesgo ambiental asociado con las fugas y la eliminación de cianuro. También se redujo la cantidad de residuos con cianuro, lo que benefició al medio ambiente local.

Caso 2: Aplicación de un agente quelante (ácido cítrico) en una mina de oro en Australia

En una mina de oro australiana, el mineral contenía una cantidad significativa de minerales de cobre, principalmente calcopirita y algunos minerales de carbonato de cobre. El proceso inicial de cianuración sin utilizar un agente quelante tuvo una tasa de lixiviación de oro del 75 % y una tasa de lixiviación de cobre del 30 %. La alta tasa de lixiviación de cobre resultó en un alto consumo de cianuro, de aproximadamente 12 kg/t de mineral.

Al añadir ácido cítrico al proceso de cianuración en una dosis de 1 kg/t de mineral, la situación mejoró. La tasa de lixiviación de cobre se redujo al 10% y la de oro aumentó al 85%. El consumo de cianuro disminuyó a 6 kg/t de mineral. Económicamente, el costo de añadir ácido cítrico fue relativamente bajo en comparación con el ahorro en el consumo de cianuro y la mayor recuperación de oro. La mina estimó que podría aumentar sus ganancias anuales en aproximadamente $300,000. Ambientalmente, la reducción de la lixiviación de cobre significó menos aguas residuales con contenido de cobre, lo cual facilitó su tratamiento y tuvo un menor impacto en los recursos hídricos de la zona circundante.

Caso 3: Aplicación de un nuevo inhibidor (MZY) en una mina de oro china

Una mina de oro en China procesaba mineral de oro refractario con contenido de cobre. El proceso tradicional de cianuración tenía una tasa de lixiviación de oro de tan solo el 70 % y una alta tasa de lixiviación de cobre, lo que generaba un alto consumo de cianuro. Tras añadir un nuevo inhibidor MZY a una dosis específica, junto con condiciones de proceso optimizadas que incluían la adición de 18 kg/t de cal y 1.2 kg/t de cianuro de sodio, la tasa de lixiviación de oro alcanzó el 83 %-84 %, y la de cobre se redujo al 4 %-5 %.

Este nuevo proceso no solo mejoró la eficiencia de la lixiviación de oro, sino que también redujo significativamente el consumo de cianuro. Los beneficios económicos fueron dobles: la mayor recuperación de oro añadió más valor a la producción y la reducción del consumo de cianuro ahorró costos. En términos de protección ambiental, el menor consumo de cianuro y la menor cantidad de residuos con contenido de cobre redujeron la carga ambiental, haciendo que la operación minera fuera más sostenible. Estos estudios de caso demuestran claramente el valor práctico del uso de reactivos para inhibir la lixiviación de cobre en la cianuración de minerales de oro cupríferos, tanto en términos de beneficios económicos como de protección ambiental.

Conclusión

En el proceso de cianuración de minerales auríferos cupríferos, la lixiviación del cobre no solo conlleva un alto consumo de cianuro, sino que también tiene un impacto negativo en la tasa de lixiviación del oro y en los procesos subsiguientes de recuperación de este. Por lo tanto, el uso de reactivos para inhibir la lixiviación del cobre es de gran importancia.

Las sales de plomo, como el nitrato de plomo, el acetato de plomo y el óxido de plomo, pueden inhibir eficazmente la lixiviación del cobre al formar compuestos insolubles con sustancias sulfurosas presentes en el mineral o al modificar las propiedades superficiales de los minerales de cobre. Los agentes quelantes, como el ácido cítrico, pueden quelarse con iones de cobre y otros iones metálicos nocivos, reduciendo así su impacto negativo en el proceso de cianuración. Además, el control de la concentración de cianuro y el uso del sistema amoníaco-cianuro también pueden contribuir, en cierta medida, a debilitar la disolución del cobre.

La eficacia de estos reactivos depende de diversos factores. Las propiedades del mineral, incluyendo el tipo y el contenido de minerales de cobre, determinan la reactividad del cobre en el mineral y, por lo tanto, afectan la cantidad de reactivo necesaria. Las condiciones del proceso, como la concentración de cianuro, el valor de pH y el tiempo de lixiviación, también influyen significativamente en el rendimiento de los reactivos. Por ejemplo, una concentración y un valor de pH adecuados pueden garantizar la estabilidad de la solución de cianuro y la eficacia del reactivo, mientras que el tiempo de lixiviación puede afectar el efecto acumulativo de las reacciones de lixiviación del cobre.

A través de estudios de caso, hemos comprobado el valor práctico de estos reactivos. En Sudáfrica, el uso de nitrato de plomo en una mina de oro redujo el consumo de cianuro y aumentó la tasa de lixiviación de oro, lo que generó importantes beneficios económicos y ambientales. En Australia, la adición de ácido cítrico en una mina de oro redujo eficazmente la lixiviación de cobre y el consumo de cianuro, a la vez que aumentó la tasa de lixiviación de oro, lo cual resultó beneficioso tanto para la economía como para el medio ambiente. En una mina de oro china, el uso de un nuevo inhibidor, MZY, junto con la optimización de las condiciones del proceso, mejoró la eficiencia de la lixiviación de oro y redujo la tasa de lixiviación de cobre, logrando buenos resultados económicos y ambientales.

En general, al tratar la cianuración de minerales de oro que contienen cobre, es necesario considerar exhaustivamente las características del mineral y los requisitos del proceso, así como seleccionar el reactivo y las condiciones de operación adecuados. Las investigaciones futuras pueden centrarse en explorar reactivos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente, así como en optimizar la combinación de reactivos y parámetros del proceso para lograr procesos de extracción de oro más eficientes, económicos y ambientalmente sostenibles.