Procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación.

Un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobaltode los efluentes de lixiviación,

que comprende las etapas de:

(i) procesar (1) el mineral laterítico;

(ii) lixiviar (2) el mineral procedente de la etapa (i) por medio de un procedimiento 5 de lixiviación en condicionesatmosféricas o a presión obteniendo un efluente (E1) con pH< 2;estando caracterizado dicho procedimiento híbrido por el hecho de que comprende también las etapas de:

(iii) procesar el efluente (E1) por medio de una primera etapa (3) de intercambio iónico a partir de un circuito híbridode resina catiónica o quelante cuyos iones móviles son metales alcalinos acondicionados en una forma disódica,recuperando las impurezas y rechazando el níquel y cobalto como una solución libre de impurezas (E2);

(iv) procesar la solución libre de impurezas (E2) por medio de una segunda etapa (4) de intercambio iónico a partirde un circuito híbrido de resina catiónica o quelante realizada a un valor de pH >1 a 4, recuperando el níquel y elcobalto de la solución.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BR2007/000022.

Solicitante: VALE S.A.

Inventor/es: COSTA,RENATO DE SOUZA, MENDES,FLÁVIA DUTRA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D15/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › Procedimientos de separación que implican el tratamientos de líquidos con absorbentes sólidos; Aparatos para ello.
  • B01J39/00 B01 […] › B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › Cambio de cationes; Utilización de una sustancia como cambiador de cationes; Tratamiento de una sustancia en vista de mejorar sus propiedades de cambio de cationes (procedimientos de cromatografía por intercambio de iones B01D 15/36).
  • B01J45/00 B01J […] › Cambio de iones en el cual se forma un complejo o un quelato; Utilización de una sustancia como cambiador de iones que forma complejos o quelatos; Tratamiento de una sustancia en vista de mejorar sus propiedades de cambio o de iones que forma complejos o quelatos (procedimientos cromatográficos de intercambio de iones B01D 15/36).
  • C22B23/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22B PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de polvos metálicos o sus suspensiones B22F 9/00; producción de metales por electrólisis o electroforesis  C25 ); PRETRATAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS. › Obtención del níquel o del cobalto.
  • C22B3/24 C22B […] › C22B 3/00 Extracción de compuestos metálicos por vía húmeda a partir de minerales o de concentrados. › por adsorción sobre sustancias sólidas, p. ej. extracción con resinas sólidas.
  • C22B3/42 C22B 3/00 […] › por extracción mediante intercambio de iones.

PDF original: ES-2394287_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación.

La presente invención se refiere a un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación, que consta al menos de dos etapas de resina, y más específicamente a un bucle híbrido de dos etapas de resina, siendo la primera etapa de intercambio iónico la responsable de la separación de hierro, aluminio y cobre de la solución así como del aumento del pH de la solución, y siendo la segunda etapa de intercambio iónico la responsable de la separación de níquel y cobalto.

Como es conocido por los expertos en esta técnica, se han desarrollado varias rutas hidrometalúrgicas para la extracción de níquel y cobalto presentes en los minerales lateríticos.

El objeto de las rutas es solubilizar las especies metálicas utilizando un ácido inorgánico a través de la lixiviación en pilas o en tanques en condiciones de presión atmosférica y temperatura por debajo del punto de ebullición o en recipientes presurizados. La solución resultante se somete entonces a una etapa de neutralización (separación de cobre, hierro, aluminio) y separación sólido-líquido (opcional) , y al menos a una etapa de purificación de la solución y la recuperación final en la forma metálica o producto intermedio.

La recuperación selectiva del metal presente en el efluente de lixiviación es un paso importante en la concepción de la evaluación económica. La presencia de muchas impurezas, tales como cobre, hierro, aluminio, manganeso y magnesio, entre otras, se puede considerar como la principal dificultad tecnológica a superar.

Una de las opciones puede incluir los métodos físicoquímicos, tales como el uso de materiales de intercambio iónico, la precipitación selectiva y la extracción con disolventes. En el caso específico de níquel y cobalto, estos metales tienen propiedades químicas bastante similares, lo que facilita las operaciones para la recuperación mutua de tales metales, ya sea mediante la precipitación en forma de sulfuros mixtos o hidróxidos mixtos, o mediante la extracción utilizando disolventes en un medio clorhídrico, o finalmente mediante la aplicación de intercambiadores iónicos tipo resinas poliméricas.

El intercambio iónico se puede definir como un intercambio iónico reversible entre un sólido y un electrolito acuoso, de tal modo que no hay ningún cambio significativo en la estructura del sólido. En este caso, el sólido es el material de intercambio iónico que puede tener naturaleza inorgánica, por ejemplo, zeolitas, o naturaleza orgánica, que incluye los materiales basados en resinas poliméricas sintéticas. La matriz de una resina está compuesta de una cadena hidrocarbonada elástica y tridimensional, de alto peso molecular, insoluble, irregular, macromolecular, que se deriva de la copolimerización de estireno y divinilbenceno. En la matriz, los grupos funcionales positivos y negativos están fuertemente unidos (iones fijos) , y están compensados por los iones de carga opuesta (iones opuestos) . Estos están libres para moverse dentro de la matriz y pueden ser estequiométricamente sustituidos por otros iones de la misma carga. Por contraste, los llamados co-iones son todas las especies iónicas que pueden estar presentes en el intercambiador iónico y presentan la misma carga que los iones fijos. Los principales tipos de resinas que se usan comercialmente incluyen resinas catiónicas que, dependiendo del grado de acidez del grupo funcional, pueden ser de ácidos débiles o fuertes, y resinas aniónicas que, dependiendo del grado de basicidad, pueden ser de bases débiles o fuertes, en adición a las resinas quelantes. Ciertos materiales que se llaman anfóteros son capaces de realizar tanto el intercambio catiónico como aniónico.

Las resinas quelantes han sido desarrolladas para recuperar selectivamente los metales de transición en solución, tales como níquel y cobalto, puesto que ellas forman complejos quelantes altamente estables o quelatos heterocíclicos metálicos con dichos cationes. Los quelatos se pueden definir como cualquier compuesto en el que se forma un anillo, que resulta de una unión coordinada entre dos o más sitios pequeños de una molécula y un ion metálico.

Las resinas quelantes se pueden considerar como las representativas del grupo de resinas poliméricas de intercambio iónico para aplicación hidrometalúrgica que están indicadas para la separación selectiva de metales pesados, tales como níquel y cobalto, a partir de soluciones acuosas ácidas. Estos intercambiadores son copolímeros que tienen grupos funcionales que están unidos covalentemente y contienen uno o varios átomos donadores (base de Lewis) que pueden formar uniones coordinadas con la mayor parte de los cationes polivalentes de metales pesados (ácido de Lewis) . Usualmente los grupos funcionales de las resinas quelantes contienen átomos tales como nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Los ejemplos de grupos funcionales quelantes incluyen amidoxima, aminofosfonato, carbamatos, poliaminas, piridinas, iminodiacetato y picolilamina. Se presentan también interacciones culómbicas e hidrófobas; sin embargo, su contribución a la alta selectividad de iones metálicos es relativamente pequeña cuando se compara con las interacciones ácido-base de Lewis. Estas resinas se pueden regenerar normalmente con soluciones ácidas (ácido sulfúrico o clorhídrico) , alcanzando de este modo una alta eficacia.

La resina de intercambio iónico se considera que es una opción tecnológica para la purificación/recuperación de metales en un medio acuoso. Esta técnica es parte de los diagramas de flujo hidrometalúrgicos de los minerales lateríticos de níquel que requieren necesariamente una etapa de lixiviación, como un modo para extraer el metal del mineral. La tecnología de la resina se puede aplicar a las plantas existentes cuando se emplean procedimientos de decantación contracorriente (CCD) , y se puede aplicar también directamente al efluente de la lixiviación cuando se está desarrollando el proyecto, con el fin de reducir costes y de reducir el impacto sobre el medio ambiente.

La lixiviación se puede llevar a cabo utilizando agentes de lixiviación ácidos o básicos en pilas o en tanques en condiciones atmosféricas, o en vasos presurizados. Una vez que se ha extraído el metal del mineral y se ha solubilizado en una solución acuosa, se puede aplicar al efluente en la forma de una pulpa o solución, la técnica de intercambio iónico que utiliza resinas, con preferencia las de tipo quelante, para la recuperación de níquel y cobalto.

El documento WO 2006/029443 describe la producción de mata de hierro-níquel o mata de níquel que comprende una solución de níquel con níquel, hierro, cobalto y otras impurezas que se trata por una etapa de intercambio iónico en la que la mayor parte del níquel y algo del hierro se retiene sobre la resina que recubre el níquel y el hierro a un pH de aproximadamente 1, 0 a 2, 5. La mayor parte del hierro, otras impurezas y cobalto permanecen en la solución del refinado y pasan a la siguiente etapa. El níquel y el hierro retenidos se eluyen. Aunque el documento WO 2006/029443 describe dos etapas de intercambio iónico, la primera etapa de intercambio iónico recupera el níquel y el hierro y el cobalto, y el hierro y otras impurezas pasan a la siguiente etapa.

El documento US 3.839.186 describe un método para producir níquel de alta pureza a partir de la mata de níquel, que comprende las etapas de: desmenuzar la mata para obtener óxido de níquel; disolver el óxido de níquel impuro en ácido clorhídrico concentrado; oxidar al estado férrico el hierro que está contenido en la solución impura; separar las impurezas de esta solución por medio de una resina de intercambio iónico y eluir las impurezas para recuperar el cobalto; y someter la solución purificada a una electrolisis para recuperar el níquel de alta pureza.

El documento JP 57019344 se refiere a un método para separar el cobre de una solución que contiene o níquel o cobalto descargada a partir de un proceso de refinado de níquel o cobalto.

La aplicación de la técnica de intercambio iónico que utiliza resinas poliméricas para la adsorción selectiva de níquel puede tener lugar de dos maneras, esto es, o para la resina en una solución o para la resina en una pulpa.

En el primer tipo de operación, se somete a percolación una solución que tiene metales disueltos en la misma, por ejemplo, a través de un lecho fijo de resina de modo que pueda tener lugar la adsorción, mientras que en el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación, que comprende las etapas de:

(i) procesar (1) el mineral laterítico;

(ii) lixiviar (2) el mineral procedente de la etapa (i) por medio de un procedimiento de lixiviación en condiciones atmosféricas o a presión obteniendo un efluente (E1) con pH < 2;

estando caracterizado dicho procedimiento híbrido por el hecho de que comprende también las etapas de:

(iii) procesar el efluente (E1) por medio de una primera etapa (3) de intercambio iónico a partir de un circuito híbrido de resina catiónica o quelante cuyos iones móviles son metales alcalinos acondicionados en una forma disódica, recuperando las impurezas y rechazando el níquel y cobalto como una solución libre de impurezas (E2) ;

(iv) procesar la solución libre de impurezas (E2) por medio de una segunda etapa (4) de intercambio iónico a partir de un circuito híbrido de resina catiónica o quelante realizada a un valor de pH >1 a 4, recuperando el níquel y el cobalto de la solución.

2. Un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa (iii) la resina regenerada con iones de metales alcalinos en una forma de disolución absorbe hierro, cobre y aluminio a partir del efluente (E1) aumentando el nivel de pH de la solución libre de impurezas hasta un límite > 1 a 4.

3. Un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación según la reivindicación 1, caracterizado porque opcionalmente después de la etapa (iii) y antes de la etapa (iv) tiene lugar una etapa intermedia de neutralización en la que se añade un reactivo fuertemente básico a la solución libre de impurezas (E2) aumentando su nivel de pH hasta un límite > 1 a 4.

4. Un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa (iv) la resina quelante se escoge de un grupo funcional de ácido iminodiacético.

5. Un procedimiento híbrido que utiliza resinas de intercambio iónico en la recuperación selectiva de níquel y cobalto de los efluentes de lixiviación según la reivindicación 1, caracterizado porque después de la etapa (iv) la resina de un circuito híbrido de resina catiónica o quelante se somete a un procedimiento de elución que separa los metales de esta resina, opcionalmente se realiza una etapa de separación de níquel y cobalto mediante una extracción con disolvente.


 

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