Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, e instalación correspondiente.

Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina,

e instalación correspondiente.

El procedimiento está previsto para obtener un recurso renovable de metales, en particular tierras raras e itrio, a partir de aguas ácidas de mina, basándose en llevar a cabo una neutralización de la solución ácida rica en metales hasta un valor de pH de 4, mediante adición de una cantidad adecuada de reactivo alcalino, a continuación de cuya fase se lleva a cabo una precipitación masiva bajo las nuevas condiciones hidroquímicas de hierro, arsénico, cromo, molibdeno y vanadio, seguida de una neutralización de la solución anterior, hasta un valor de pH de 5,5, efectuándose finalmente una precipitación masiva bajo las nuevas condiciones hidroquímicas de aluminio, cobre, tierras raras e itrio. Este procedimiento se lleva a cabo mediante una instalación en la que existe un tanque (1) que recibe el agua ácida y un reactivo alcalino (3), seguida de una balsa decantadora (4) en la que se precipitan en el fondo lodos ricos en metales generados (10), y a continuación de dicha balsa (4) un segundo tanque (5) que recibe el agua mezclada con la adición de un reactivo alcalino (6), para que el agua ácida mezclada con ese reactivo alcalino alcance una segunda balsa decantadora (7), donde se produce la precipitación de lodos ricos en metales (10'), pudiendo ser recuperados los lodos ricos en metales a través de los sistemas de extracción (9, 9') previstas en las balsas decantadoras (4, 7).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430510.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE HUELVA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: AYORA IBAÑEZ,CARLOS-TOMAS, NIETO LIÑÁN,Jose Miguel, MACIAS SUAREZ,Francisco, Pérez López,Rafael, Carallo Monge,Manuel A.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C02F1/62 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS.C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro  B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › Compuestos de metales pesados.
  • C02F1/66 C02F 1/00 […] › por neutralización; Ajuste del pH (para desgasificar C02F 1/20; utilizando intercambiadores de iones C02F 1/42; para floculación o precipitación de impurezas en suspensión C02F 1/52; para eliminar compuestos disueltos C02F 1/58).
  • C22B59/00 C […] › 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 de los metales de las tierras raras.
Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, e instalación correspondiente.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, e instalación correspondiente.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales, en particular tierras raras e itrio, a partir de aguas ácidas de mina.

Es igualmente objeto de la invención la instalación para la puesta en práctica del procedimiento en cuestión.

A diferencia de la minería convencional (minería extractiva) , la cual extrae recursos no renovables, el objeto de la presente invención puede considerarse renovable a medio y largo 15 plazo debido a que está garantizada la generación de aguas ácidas por los siguientes motivos: 1) la sociedad necesita recursos metálicos para mantener y mejorar su nivel de desarrollo, 2) para la obtención de estos recursos es inevitable la actividad minera la cual genera aguas ácidas de mina, y 3) la generación de estas aguas ácidas estará activa durante el periodo de actividad de la mina y durante cientos a miles de años una vez esta actividad cese. 20

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La serie de lantánidos es el grupo de elementos químicos que siguen al lantano en el grupo IIIB de la tabla periódica. Su distinción atómica es que ocupan el subnivel electrónico 4f. En un 25 principio, sólo estos elementos con números atómicos 58 a 71 son lantánidos. No obstante, muchos químicos incluyen al lantano (La 57) en la serie, ya que tiene propiedades similares a los lantánidos, si bien no completa el subnivel 4f. A los efectos de la presente invención se considerara que los 15 elementos del grupo de la serie lantánidos son: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, 30 tulio, iterbio y lutecio.

Los elementos lantánidos son designados también comúnmente como “Tierras Raras” debido a su presencia en las mezclas de óxidos. No son elementos raros (a excepción del prometio, que sólo tiene isótopos radiactivos) y su abundancia absoluta en la litósfera es relativamente alta.

Las Tierras Raras se encuentran en altas concentraciones en varios minerales económicamente importantes tales como: Bastaesnita (Ce, La) (CO3) F; Monacita (Ce, La, Nd, Th) PO4; Cerita ( (Ca, Mg) 2 (Ce) 8 (SiO4) 7.3H2O) ; Xenotima YPO4; Gadolinita (Ce, La, Nd, Y) 2FeBe2[O| SiO4]2. Las tierras raras también se encuentran como elementos traza en minerales comunes formadores de rocas, en los cuales reemplazan a los iones mayores. Las 40 Tierras Raras pueden encontrarse en inclusiones de apatito, zircón, alanita, y otros minerales accesorios. Las Tierras Raras no son muy solubles y tampoco son móviles en soluciones acuosas (p.ej. durante eventos metamórficos) .

Por otro lado el itrio (Y 39) se asemeja mucho a los elementos de Tierras Raras. El isótopo 45 estable 89Y constituye el 100% del elemento natural, que casi siempre se encuentra asociado a las Tierras Raras y con frecuencia se clasifica como una de ellas. Químicamente se asemeja a los lantánidos.

La obtención primaria de recursos metálicos en general y de tierras raras e itrio en particular, 50 se produce exclusivamente a partir de procesos mineros extractivos. Pues bien, la necesidad de estos recursos metálicos por parte de la actual sociedad tecnológica, se ve incrementada con el tiempo, y en particular la demanda de tierras raras e itrio presenta un crecimiento extraordinario en las últimas dos décadas, esperándose que la demanda siga creciendo en el tiempo.

Debido a ese incremento en la necesidad de recursos metálicos en general y de tierras raras 5 en particular, se produce un auge en la exploración y explotación minera, lo cual implica inevitablemente la apertura de nuevas minas para satisfacer dichas necesidades, de manera que esta situación conlleva un deterioro del medio ambiente.

Un ejemplo claro de este deterioro es la generación de aguas ácidas de mina durante y tras el 10 cese de la actividad minera.

Como es sabido, las aguas ácidas de mina son soluciones que se caracterizan por presentar un bajo pH, así como una elevada acidez y una muy elevada concentración de metales y metaloides en solución. 15

Cuando dichas aguas ricas en metales interaccionan con los sistemas pluviales naturales, provocan su deterioro químico y ecológico. Además, este tipo de aguas transportan importantes cantidades de flujo global de metales hacia los océanos. Por ejemplo se ha estimado que aproximadamente el 37% del flujo global de Zn hacia los océanos procede de los 20 ríos contaminados por aguas ácidas de mina en España (ríos Tinto y Odiel) . (Nieto et al., 2007, Environment International, 33 (4) , 445-455) .

Es conocida en el estado de la técnica desde hace tiempo la recuperación de especies metálicas a partir de una solución acuosa ácida que las contiene, por medio de extracciones 25 líquido-líquido, recurriendo en general a agentes de extracción catiónicos, más frecuentemente disueltos en un diluyente orgánico inerte.

Haciendo esto, las especies metálicas se extraen más o menos selectivamente de la fase acuosa en la fase orgánica según el agente de extracción elegido, la fase acuosa de partida y 30 las condiciones de trabajo, después de lo cual la fase orgánica enriquecida en especies metálicas, se trata según procedimientos físico-químicos (precipitación, regeneración acuosa o segundo ciclo de extracción, etc.) para recuperar de ella los metales valiosos.

La condición necesaria e industrialmente indispensable para un procedimiento de recuperación 35 de estos metales por un procedimiento de extracción líquido-líquido, teniendo en cuenta las concentraciones débiles de estas especies en las soluciones acuosas de ataque de los minerales y en consecuencia de los volúmenes importantes puestos en juego para una producción industrial, es poderlos recuperar simultáneamente por medio de una etapa única de extracción con un índice de agotamiento elevado de la fase acuosa en las diferentes especies. 40 Es decir que conviene disponer de un agente de extracción potente y no selectivo de las especies.

La patente EP 2537813 divulga un procedimiento para el tratamiento de aguas de mina que comprende la adición, por lo menos en una etapa, de un reactivo alcalino libre de dureza al 45 agua a tratar para precipitar metales en forma de hidróxidos, una precipitación de los hidróxidos de metal formados, la adición de un reactivo de precipitación formador de dureza, después de separar los hidróxidos de metal precipitados y finalmente añadir un reactivo de cal formador de curado al agua de mina para precipitar sulfato como yeso.

Por su parte, la patente española ES 495.176 divulga un procedimiento para la recuperación global del itrio y Tierras Raras contenidas en una fase acuosa ácida, consiste en poner en contacto la solución acuosa· ácida con una fase orgánica homogénea que comprende un ácido di- (alcohilfenil) -fosfórico y un disolvente orgánico inerte elegido entre hidrocarburos alifáticos o aromáticos, utilizados solos o en mezcla, por lo cual, como resultado, después de la separación de las fases, se recoge una fase acuosa sustancialmente agotada y una fase orgánica cargada de itrio y tierras raras. 5

Industrialmente las tierras raras pueden ser extraídas por medio de disolventes o a partir de métodos de intercambio iónico. Para la separación y purificación de las tierras raras suele ser más frecuente el empleo de técnicas de extracción a partir de disolventes (extracción líquido-líquido) porque facilitan el procesamiento de mayores volúmenes en etapas consecutivas. En 10 las técnicas de extracción con disolventes empleadas industrialmente, se pone en contacto una fase acuosa, en forma de una disolución acuosa que contiene elementos metálicos, con un fase orgánica que contiene un agente extractor para un elemento metálico específico y un disolvente orgánico para diluir el agente extractor, para extraer de ese modo el elemento metálico específico con el agente extractor. De esta manera, se separa el elemento metálico 15 específico. En la técnica se usa una variedad de agentes extractores, por ejemplo fosfato de tributilo (TBP) , ácido carboxílico (Ácido versático 10) , ésteres de ácido fosfórico, ácido fosfónico y ácido fosfínico. Todos estos procesos industriales son complejos y costosos.

Podemos concluir por tanto que existe un importante problema a nivel mundial motivado por la 20 escasez de itrio y Tierras Raras, problema que se acrecienta ante una demanda que no deja de crecer, siendo esperable que en un futuro no muy lejano la demanda supere con creces a la producción. Los sistemas tradicionales...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, particularmente para conseguir tierras raras e itrio, caracterizado porque comprende las siguientes fases operativas:

- neutralización de la solución ácida rica en metales hasta un valor de pH de 4, 5 mediante adición de una cantidad precisa de reactivo alcalino para alcanzar dicho pH de 4;

- precipitación masiva bajo las nuevas condiciones hidroquímicas de hierro, arsénico, cromo, molibdeno y vanadio;

- neutralización de la solución anterior hasta un valor de pH de 5, 5, mediante adición de 10 una cantidad precisa de reactivo alcalino, para alcanzar dicho pH de 5, 5, y

- precipitación masiva bajo las nuevas condiciones hidroquímicas de aluminio, cobre, tierras raras e itrio.

2. Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas 15 de mina, según reivindicación 1, caracterizado porque

- la primera etapa de neutralización de la solución ácida rica en metales tiene lugar en un tanque de mezcla (1) mediante la adición de un reactivo alcalino (3) en cantidad dependiente del caudal y de la acidez del agua ácida (2) , de manera que debe dosificarse en la cantidad precisa para elevar el pH de la solución a un valor próximo a 20 4.

- la etapa de precipitación masiva de hierro, arsénico, cromo, molibdeno y vanadio, tiene lugar en una balsa decantadora (4) con un tiempo de residencia hidráulico del agua en la balsa decantadora (4) comprendido entre 20 y 28 horas.

- la segunda etapa de neutralización de la solución ácida rica en metales tiene lugar en 25 un tanque de mezcla (5) , mediante la adición de un reactivo alcalino (6) en cantidad dependiente del caudal y de la acidez del agua efluente de la balsa decantadora (4) , de manera que debe dosificarse en la cantidad precisa para elevar el pH de la solución a un valor próximo a 5, 5.

- la etapa de precipitación masiva de aluminio, cobre, tierras raras e itrio, tiene lugar en 30 una balsa decantadora (7) con un tiempo de residencia hidráulico del agua en la balsa decantadora (7) comprendido entre 20 y 28 horas.

3. Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque se añade un 35 coadyuvante inorgánico u orgánico en el tanque de mezcla (1) y/o en el tanque de mezcla (5) .

4. Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina según la reivindicación 3, caracterizado porque el coadyuvante es un polielectrolito catiónico. 40

5. Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el reactivo alcalino (3) a añadir en las etapas de neutralización, se selecciona preferentemente entre aquellos reactivos alcalinos más solubles bajo las condiciones ácidas. 45

6. Procedimiento de obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina según la reivindicación 5, caracterizado porque el reactivo alcalino (3) se selecciona entre CaCO3, Ca (OH) 2, CaO, Na2CO3, NaOH y MgO en una proporción comprendida entre 0, 4 y 1 ton de álcali por ton de acidez. 50

7. Instalación para la obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, particularmente para conseguir tierras raras e itrio, caracterizada porque comprende:

- un tanque de mezcla (1)

- una balsa decantadora (4)

- un tanque de mezcla (5) 5

- una balsa decantadora (7)

- un conjunto de tuberías (8, 8’, 8”) que comunican cada una de las partes de la instalación.

8. Instalación para la obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas 10 de mina, según reivindicación 7, caracterizada porque los tanques de mezcla (1) y (5) incluyen medios para la mezcla y homogeneización de los reactivos alcalinos (3) y (6) con las aguas a tratar.

9. Instalación para la obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas 15 de mina, según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizada porque el reactivo alcalino (3) que se mezcla con el agua ácida (2) en el tanque (1) y el reactivo alcalino (6) que se mezcla con el efluente de la balsa decantadora (4) en el tanque de mezcla (5) , se aplican mediante correspondientes dosificadores.

10. Instalación para la obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizada porque el fondo de las balsas decantadoras (4) y (7) presenta inclinaciones pronunciadas para lograr que los lodos decantados se concentren en una o varias pocetas o canales.

11. Instalación para la obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada porque la extracción de los lodos (10) precipitados en el fondo de las balsas decantadoras (4) y (7) se realiza mediante un sistema de apertura/cierre de válvula o mediante un sistema de aspiración.

12. Instalación para la obtención de un recurso renovable de metales a partir de aguas ácidas de mina, según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizada porque el trasiego del agua, en su caso mezclada con el reactivo alcalino, se realiza mediante correspondientes tuberías (8, 8’, 8”) .


 

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