Procedimiento selectivo de extracción de metales de un mineral bruto, dispositivo y sistema para su realización.

La presente invención se refiere a un procedimiento selectivo de extracción de metales de un mineral bruto,

que comprende el tratamiento de dicho mineral bruto con un campo magnético dominante de las microondas, o campo H, en aplicador monomodo abierto, y la separación de los productos obtenidos. El procedimiento permite operar en continuo. Para la realización del procedimiento la invención define un dispositivo de procesado de mineral bruto que comprende una cámara (1) para confinar microondas y seleccionar un modo de campo H, de campo E o de campo alternante E-H, de acuerdo con las propiedades de permitividad dieléctrica y permeabilidad magnética complejas del mineral bruto, medios de transporte (7, 8, 9) para transportar removiendo las partículas del mineral bruto a través de la cámara, medios de aplicación para generar un campo electromagnético de microondas en el interior de la cámara, y medios de sintonización (4) para sintonizar y adaptar la frecuencia del modo electromagnético.

PROCEDIMIENTO SELECTIVO DE EXTRACCIÓN DE METALES DE UN MINERAL BRUTO, DISPOSITIVO Y SISTEMA PARA SU REALIZACIÓN

Campo de la Invención

La presente invención tiene aplicación en el campo de los procesos pirometalúrgicos de extracción de metales, en minería y en materiales de reciclado desde las etapas de concentración hasta las de refino y purificación.

Antecedentes de la Invención

Los procesos de calcinación, tostado, fusión son procesos pirometalúrgicos habituales para la extracción de metales. Estos procesos requieren tratamientos térmicos que permiten inducir la transformación mineralógica de las menas metálicas mediante reacciones químicas de descomposición, reducción u oxidación. Los procesos pirometalúrgicos requieren una alta demanda energética por que los tratamientos térmicos se aplican al conjunto formado por el mineral de mena y de ganga y las reacciones que se producen no son suficientemente selectivas. Actualmente los tratamientos térmicos son poco comunes en las etapas de concentración y enriquecimiento, se suelen reservar a las etapas más avanzadas de refino y purificación, aunque estos tratamientos son normalmente complejos y costosos, permiten obtener el metal en un mayor estado de pureza.

Actualmente en la extracción de metales como hierro, níquel, estaño, cobre, oro o plata se suele utilizar alguna etapa con métodos de pirometalurgia. Los métodos metalúrgicos como hidro-, bio-, electro- o piro-metalurgia no cubren completamente las demandas actuales de concentración y transformación de metales en menas complejas polimetálicas o monometálicas con fases poli-minerales, en yacimientos de baja ley, en metales denominados raros, así como en residuos de escombrera, industriales o electrónicos.

La tecnología microondas aplicada a la mineralurgia apareció como un proceso de interés industrial en la década de 1990. Su interés ha ido creciendo con el tiempo (Bobicki et al. "Microwave heating of ultramafic nickel ores and mineralogical effects". Minerals Engineering, 2014, Vol. 58, 22-25). Sin embargo, su aplicación extensiva

está todavía limitada, condicionada sobre todo por los avances en la instrumentación, los materiales de fabricación, la modelización de los aplicadores microondas, y por la heterogeneidad de los minerales y complejidad de las interacciones físico-químicas que se producen con los campos electromagnéticos.

Las interacciones de los minerales con los campos electromagnéticos se basan varios fenómenos, algunos de los cuales no son aun bien conocidos. En metales, los procesos térmicos con microondas se relacionan con el efecto Joule (Yoshikawa, "Recent Studies on Fundamentals and Application of Microwave Processing of Materials. Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials", S. Grundas, Ed., Croatia, Intech Open Publisher, 2011, pp. 1-26). Sin embargo, en otros componentes minerales, ya sean fases originales o fases de transformación mineral formadas durante el tratamiento con microondas, se presentan otros fenómenos como son el dipolar o el iónico, además de otros menos conocidos. Actualmente no existe suficiente conocimiento que explique todos los fenómenos térmicos y no térmicos que se generan durante el tratamiento con microondas.

Los equipos microondas de mayor implantación en la industria son aplicadores multimodo que trabajan en todo el campo electromagnético de las microondas de forma indiscriminada y sin selección de trayectoria de propagación de ondas preferente. Estas soluciones multimodo presentan una distribución de campo electromagnético no homogéneo y una baja densidad de potencia. No permiten concentrar la energía en regiones específicas dentro del aplicador, por lo que presentan una capacidad muy limitada de alcanzar temperaturas de reacción en los procesos industriales. Debido a su mayor sencillez de diseño y operación están más extendidas para otras aplicaciones de más baja temperatura. Por el contrario, las soluciones monomodo de los aplicadores microondas permiten concentrar la energía con suficiente intensidad aunque, debido a su complejidad de diseño y de las variables de las que dependen, actualmente los aplicadores monomodo de alta temperatura están limitados a procesos en discontinuo y a escala de laboratorio. Actualmente estos aplicadores se centran exclusivamente en el calentamiento con la componente eléctrica.

De forma general, aunque el potencial de las microondas es muy grande y en equipos de laboratorio estáticos se han alcanzado temperaturas relativamente altas, las aplicaciones industriales en sólidos quedan aun muy lejos de su capacidad. Esto es particularmente cierto a temperaturas superiores a 600 bien porque el dispositivo es poco eficiente o bien porque el proceso es inestable, de tratamiento heterogéneo y con control insuficiente de las reacciones que se producen. La complejidad del diseño de los aplicadores, filtros, medios de tratamiento en continuo y el aún limitado conocimiento de las interacciones y comportamiento de los materiales con los campos electromagnéticos, limitan su uso.

El calentamiento dieléctrico es el más habitual y buscado en microondas, y por tanto es más conocido el efecto de la aplicación del campo eléctrico (campo E) en el tratamiento de materiales. El calentamiento inducido mediante campo E depende de la permitividad dieléctrica compleja de cada material y de la de sus componentes, que es característica y además varía con la temperatura. El calentamiento dieléctrico es eficaz para calentar un gran número de materiales (susceptores) pero cuando hay una gran diferencia en la permitividad dieléctrica compleja de los compontes que forman un compuesto, como es en el caso de presencia de metales muy susceptores con otros muy poco, se producen fenómenos conocidos que generan puntos de sobrecalentamiento ("hot spot") y reacciones descontroladas ("runaway") con demasiada facilidad, lo que dificulta o impide el control de las reacciones y tratamientos homogéneos sobre la gran mayoría de menas metálicas y materiales que contienen metales. Estas diferencias tan grandes, que ocasionalmente se han citado como una ventaja selectiva teórica, resultan ser un grave inconveniente que ha limitado su aplicación industrial e impedido el correcto tratamiento de materiales con menas metálicas con microondas de manera eficaz.

El efecto del calentamiento inducido por la componente magnética de las microondas (campo H) sobre un material es proporcional al parámetro denominado permeabilidad magnética compleja, es también característico de cada material y varía en función de la temperatura. El calentamiento inducido por el efecto del campo H genera nuevas propiedades y proporciona un mayor control del calentamiento en los metales y en las reacciones producidas. Sin embargo, no se conocen en la técnica aplicadores para la industria que trabajen en el campo H dominante para el tratamiento de metales, como se propone en la presente invención.

La solicitud CN 103447148 refiere a un dispositivo en el que la reducción química del mineral hematites a magnetita, se realiza mediante calentamiento en una cámara en la que se aplica microondas, y que se hace tras un calentamiento previo del material en una cámara de combustión. La transformación química de reducción con calentamiento (denominada tostación) de hematites a magnetita, es de uso tradicional en la industria para permitir su separación magnética de la ganga y su recuperación como mena de hierro, pero en la referida solicitud se aplica energía microondas como fuente de energía.

Esta solicitud es diferente del procedimiento anterior porque utiliza un dispositivo que mediante un aplicador realiza directamente una exposición específica a la componente magnética (campo H) de la frecuencia microondas. La exposición específica al campo H permite una transformación de la hematites débilmente magnética a hematites magnética (ferromagnética), sin necesidad de tener que producir una reducción química. Además, cuando se busca un enriquecimiento o un refino, las reacciones químicas inducidas con aditivos susceptores a un campo específico permiten el control y la aplicabilidad del procedimiento en menas polimetálicas.

Y además no afecta a la patentabilidad de la invención porque este procedimiento y dispositivos no pueden sugerir la aplicación de la presente invención por que no permite el diseño del procedimiento, ni la separación de las componentes de campo electromagnético, no permite el tratamiento de otros metales distintos a óxidos de hierro y menos aun el de menas polimetálicas para extraer sus componentes metálicos de interés comercial.

La solicitud WO 9808989 A1 describe un método de desulfuración por oxidación...

1. Procedimiento selectivo de extracción de metales de un mineral bruto, caracterizado por que comprende:

- calentamiento electromagnético de dicho mineral bruto con microondas en campo magnético dominante, o campo H, en aplicador monomodo abierto, y

- separación de los productos obtenidos.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho mineral bruto contiene una mena polimetálica o monometálica poli-mineral.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho mineral bruto son residuos industriales.

4. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende una etapa adicional de calentamiento electromagnético dieléctrico de dicha mena particulada con microondas en campo eléctrico dominante (campo E) en aplicador monomodo, y separación de los productos obtenidos.

5. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende una etapa adicional de calentamiento dieléctrico y magnético simultáneamente con microondas en campo eléctrico y eléctrico alternante (campo E-H) en aplicador monomodo, y separación de los productos obtenidos.

6. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende:

- una etapa adicional de calentamiento dieléctrico de dicho mineral bruto con microondas en campo eléctrico dominante (campo E), y otra etapa de calentamiento dieléctrico y magnético simultáneamente con microondas en campo eléctrico y campo magnético alternante (campo E-H), ambas en aplicador monomodo,

o

- una etapa adicional de calentamiento dieléctrico y magnético simultáneos con microondas en campo eléctrico y magnético alternante (campo E-H) y otra etapa de calentamiento dieléctrico de dicho mineral bruto con

microondas en campo eléctrico dominante (campo E), ambas en aplicador monomodo,

y separación de los productos obtenidos después de cada etapa de calentamiento.

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado por que dicha separación es una separación magnética.

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado por que comprende adición de carbono como componente reductor a dicha mena particulada, previo a cualquier etapa de tratamiento microondas.

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho carbono es grafito, humatos, negro de humo o carbonatos.

10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

caracterizado por que comprende aplicación de un campo magnético estático externo en al menos una etapa de tratamiento con microondas.

11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,

caracterizado por que se lleva a cabo en presencia de atmósfera controlada.

12. Un procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que dicha atmósfera controlada es una atmósfera anóxica en presencia de N2 o CO2.

13. Un procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que comprende una etapa de extracción de azufre elemental por condensación o solidificación de los gases extraídos de dicha atmósfera anóxica.

14. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13,

caracterizado por que dicho mineral bruto transita a través de un tubo contenedor de movimiento rotativo.

15. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que dicho aplicador monomodo comprende filtros de radiación en al menos un extremo.

16. Dispositivo para la extracción selectiva de metales de un mineral bruto caracterizado por que comprende:

- una cámara microondas (1) configurada para confinar un campo electromagnético monomodo de frecuencia en el rango de las microondas, siendo una de sus componentes, eléctrica E o magnética H, dominante o siendo ambas componentes alternantes E-H, de acuerdo con las propiedades de permitividad dieléctrica y permeabilidad magnética complejas del mineral bruto,

- unos medios de transporte para transportar removiendo las partículas del mineral bruto a través de la cámara (1),

- unos medios de transmisión configurados para transmitir un campo electromagnético de frecuencia en el rango de las microondas en el interior de la cámara (1),

- una unidad de sintonización (4) configurada para sintonizar el modo del campo electromagnético mediante la modificación de la geometría de la cámara microondas (1).

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado por que comprende además unos medios de separación a la salida de la cámara (1).

18. Dispositivo según la reivindicación 16 o 17, caracterizado por que los medios de separación comprenden un separador magnético (12).

19. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado por que los medios de separación se basan en la densidad.

20. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado por que los medios de transporte comprenden un tubo de transporte (7) y motores de rotación (8) para remover las partículas en su desplazamiento.

21. Dispositivo según la reivindicación 20, caracterizado por que los medios de transporte son inclinables.

22. Dispositivo según la reivindicación 20 o 21, caracterizado por que los medios de transporte comprenden un motor de vibración (9) para remover las partículas en su desplazamiento.

23. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado por que comprende unos filtros acoplados (2) para evitar la fuga de radiación al exterior cuando la cámara microondas (1) es abierta.

24. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, caracterizado por que la unidad de sintonización (4) comprende un cortocircuito deslizante para regular la geometría de la cámara microondas (1).

25. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24, caracterizado por que la cámara microondas (1) tiene una geometría que confina al menos un máximo de la componente magnética H del campo en el tubo de transporte (7).

26. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25, caracterizado por que la cámara microondas (1) tiene una geometría que confina al menos un máximo de la componente eléctrica E del campo en el tubo de transporte (7).

27. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25, caracterizado por que la cámara microondas (1) tiene una geometría que confina los máximos alternantes de las componentes de campo electromagnético E-H en el tubo de transporte (7).

28. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 27, caracterizado por que los medios de transmisión comprenden una guía de ondas (3).

29. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 28, caracterizado por que comprende un generador microondas acoplado con los medios de transmisión.

30. Dispositivo según la reivindicación 29, caracterizado por que comprende una unidad de control configurada para controlar los medios de transporte, los medios de transmisión y la unidad de sintonización.

31. Dispositivo según la reivindicación 30, caracterizado por que la unidad de control está configurada para igualar la frecuencia del modo en la cámara microondas (1) a la frecuencia del generador microondas.

32. Dispositivo según la reivindicación 31, caracterizado por que comprende al menos un sensor de impedancia (5), un sensor de temperatura o un sensor de potencia.

33. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 32, caracterizado por que comprende medios de adición de gases para incorporar gases en el interior del tubo de transporte (7).

34. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 33, caracterizado por que comprende medios de captación de azufre para recuperar azufre procedente del procesado mediante un extractor acoplado a uno de los extremos del tubo de transporte (7).

35. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 34, caracterizado por que comprende un imán o electroimán (13) a la salida de la cámara o en el tramo final de la misma, para mantener la magnetización resultante del mineral bruto tratado durante su enfriamiento.

36. Sistema para la extracción selectiva de metales de un mineral bruto caracterizado por que comprende una pluralidad de dispositivos según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 35, dispuestos en cadena para tratar secuencialmente en cada dispositivo al menos un componente del mineral bruto.