MXPA97006678A - Procedimiento para la electroextraccion de mata de cobre - Google Patents

Abstract

Un procedimiento libre de dióxido de azufre para la producción de cobre metálico de alta pureza a partir de mata de cobre, en donde la mata de cobre es lixiviada bajo condiciones de oxidación en un ensamble de lixiviación de electrólito de sulfato de cobreácido incluyendo uno o más reactores de lixiviación para producir un electrólito rico en cobre, y un cátodo de cobre es producido en un ensamble de electroextracción, el cual estáfísicamente desacoplado del ensamble de lixiviación y puede incluir una o más celdas. El procedimiento opera a presión ambiente y a temperaturas menores que el punto de ebullición.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA ELECTROEXTRACCION DE MATA DE COBRE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es un procedimiento en los campos de la hidrometalurgia y la electrometalurgia. Específicamente, se refiere a un procedimiento libre de dióxido de azufre para producción continua de cobre metálico de alta pureza a partir de mata de cobre en un medio que contiene sulfato a través de métodos de lixiviación y electroextracción bajo presión ambiente y a una temperatura por abajo del punto de ebullición.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la actualidad, la producción de cobre comercial predominantemente se basa en métodos pirometalúrgicos que implican fundición, conversión, y electrorefinación y a un grado menor en métodos hidrometalúrgicos que implican lixiviación, extracción de solvente y electroextracción. Uno de los serios problemas inherentes a aquellos procedimientos pirometalúrgicos con respecto a minerales de sulfuro que llevan cobre, es la producción grandes volúmenes de gases fugitivos incluyendo gas de dióxido de azufre. Particularmente, la conversión y las operaciones de refinación por encendido dan como resultado la liberación de grandes volúmenes de estos gases. La cantidad de gas de dióxido de azufre descargada hacia la atmósfera ha sido estrictamente regulada tanto por los gobiernos federales como los locales. Los reglamentos de la emisión de dióxido de azufre se han vuelto mucho más estrictos, y la industria debe tanto observar los reglamentos e incurrir en costos asociados, incurrir en fueres penalidades y costosas, como en enfrentar potencialmente paros forzados de plantas. Con el fin de eliminar o reducir al mínimo la emisión de gas de dióxido de azufre, se han estudiado en el pasado procedimientos, dirigidos a la conversión de sulfuro de azufre a sulfato o azufre elemental. La ruta de conversión a sulfato es costosa y puede ser técnicamente difícil. Una opinión más deseable es convertir sulfuros a azufre elemental, debido al valor altamente vendible del azufre elemental. En las dos últimas décadas, muchos investigadores abordaron este problema del SO2, enfocando la conversión de sulfuro a azufre elemental. Como resultado de varios esfuerzos, se desarrollaron un número de procedimientos hidrometalúrgicos, tales como los procedimientos de ELECTROSLURRY, Intec, Dextec y CLEAR, en intentos para recuperar sulfuro de azufre en su forma elemental. El procedimiento de ELECTROSLURRY de Envirotech, descrito en las patentes de E.U.A. Nos. 4,096,053 y 4,066,520, es un procedimiento hidrometalúrgico a base de sulfato, el cual es capaz de recuperar cobre del concentrado de calcopirita, concentrados de chalcocita, partículas de los humos de fundición, y cobre de cementación, en donde los sulfuros son arrojados hacia el residuo de lixiviación. En el procedimiento de Envirotech, la lixiviación y la electroextracción se llevan a cabo simultáneamente en un electrolito de lodo, y el catolito y el anolito no se separan con ningún tipo de diafragma. Este procedimiento provee un diseño simple de celda, electroextracción de densidad de alta corriente con nada de desarrollo de oxígeno y todas la operaciones de unidad bajo presión ambiente y a una temperatura por abajo del punto de ebullición. Sin embargo, en este procedimiento, los materiales de alimentación requieren de un pre-tratamiento para remover cualesquiera impurezas solubles en agua y para hacer que el material sea tratable para ser utilizado como una alimentación para la subsecuente electroextracción. Una debilidad substancial de este procedimiento es en contenido asombrosamente alto de azufre en el cátodo de cobre, debido al atrapamiento de sulfuros y azufre elemental. El procedimiento de cobre de Intec es un procedimiento completamente hidrometalúrgico que utiliza un medio de cloruro de sodio fuerte, en donde el sulfuro de cobre es lixiviado a través del ion cúprico y a una presión atmosférica y a una temperatura de 100°C para solubilizar el cobre como ion cuproso a la solución. Al mismo tiempo, los sulfuros y el fierro son arrojados al residuo de lixiviación como azufre elemental y geotita, respectivamente. La lixiviación está seguida por la purificación de la solución y la electroextracción de densidad de alta corriente en una celda de diafragma, utilizando una lámina de cobre con agujeros como la substancia de cátodo y una malla de titanio revestida con RuO2/lrO2 como un ánodo para producir granulos de cobre. Los granulos de cobre pueden requerir un procesamiento ulterior para estar en una forma aceptable para transacciones comerciales (es decir, cátodo, barra, alambre). Uno de los requerimientos más indeseables para este procedimiento es el uso de membranas de intercambio de iones, costosas como los diafragmas para las celdas de electroextracción. Debido al crecimiento potencialmente rápido de dendritas en el cátodo en un electrolito de cloruro, y debido al alto costo y fragilidad de las membranas de intercambio de iones, las celdas de electroextracción para este procedimiento pueden ser muy complicadas. Además, las soluciones de lixiviación son altamente sensibles al aire, ya que el oxígeno en el aire oxidará los iones cuprosos. Esto puede dar como resultado un costo añadido y complejidad en el diseño y operación de la celda de electroextracción. El Procedimiento de Cobre de Dextec, descrito en la patente de E.U.A. No. 4,061,552, es similar al procedimiento de Intec, en algunos aspectos. Ambos procedimientos son a base de cloro, operan bajo presión atmosférica y a temperaturas por abajo de 100°C, y proveen electroextracción de densidad de alta corriente para recuperar cobre como granulos o polvo. Sin embargo, en el Procedimiento de Cobre de Dextec, tanto la lixiviación como la electroextracción se presentan simultáneamente en una celda de diafragma, la purificación de electrolito llevándose a cabo después de la lixiviación. Las partículas de calcopirita son suspendidas en el anolito de lodo y lixiviadas química y/o electroquímicamente para formar iones cuprosos, azufre elemental y hierro ferroso, el cual se oxida más a través de oxígeno y precipitarse como Fe2O3. Son deseables concentraciones con un alto contenido de cloro para estabilizar los iones cuprosos, y es necesaria una corriente de burbujas de aire para mantener las partículas sólidas en suspensión y favorecer la precipitación del Fe2O3. El anolito de lodo es separado del catolito a través de una tela de filtro de polipropileno, a través de la cual el anolito limpio rico en iones cuprosos se transfiere al catolito. El cobre es recuperado en el cátodo como polvo de cobre, el cual se remueve a través de vibración mecánica del cátodo a una frecuencia de 5 segundos por cada 15 minutos. El Procedimiento de Cobre de Dextec sufre de un diseño de celda de electroextracción complicado y una pérdida muy fuerte de plata. La pérdida de plata, generalmente, se atribuye al hecho de que la plata se disuelve fácilmente en el medio de cloro y después se co-deposita con el cobre en cátodo de cobre. Además, el procedimiento de Dextec requiere un flujo continuo de electrolito desde el compartimiento de ánodo hacia el compartimiento de cátodo con el fin de evitar una reducción substancial en la eficiencia real. Las condiciones de operación son difíciles de controlar, y el equilibrio de masa entre la eliminación de cobre en el catolito y en enriquecimiento de cobre en el anolito es difícil de mantener. El problema fatal con el producto de cobre de este procedimiento es que no es adecuadamente puro y puede contener niveles inaceptables de plata, antimonio y bismuto. El producto requerirá un procesamiento ulterior para estar en una forma y pureza aceptables para transacciones comerciales. El procedimiento CLEAR de Duval tiene muchos aspectos comunes al procedimiento de Intec más reciente, ya que ambos procedimientos son a base de un medio de cloro, ambos implican lixiviación de etapas múltiples con la calcopirita siendo convertida a cuprosa, ambos dan como resultado azufre elemental y precipitación de hidróxido férrico, ambos tienen celdas de electroextracción de diafragma, y ambos producen granulos de cobre como un producto final. El procedimiento de CLEAR también tiene la desventaja de producir granulos de cobre impuros con altos niveles de plata en los granulos de cobre. Otra desventaja del procedimiento de CLEAR es ul uso de un autoclave para su lixiviación de 2a. etapa bajo una presión tan alta como -3.5 atm y a una temperatura de hasta 150°C.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proveer un procedimiento hidrometalúrgico simple, ambientalmente amistoso y de costo efectivo para reemplazar los procedimientos de conversión de mata de cobre y subsecuente electrorefinación de cobre, existentes, normalmente asociados con la producción pirometalúrgica de cobre a partir del mineral de sulfuro llevando cobre.

Es otro objeto de la presente invención proveer un procedimiento hídrometalúrgico para ser utilizado junto con la fundición de minerales de sulfuro que llevan cobre, en donde el azufre elemental es recuperado como un subproducto, eliminando así la producción de gas de dióxido de azufre y emisiones fugitivas asociadas con la conversión de mata y refinación por encendido. Brevemente, la presente invención provee un procedimiento para la producción de cobre metálico de alta pureza a partir de mata de cobre que comprende los pasos de lixiviar la mata de cobre bajo condiciones de oxidación para obtener una solución de lixiviación pregnante en un ensamble de lixiviación incluyendo uno o más tanques de lixiviación, y electrolixiviar el cobre de la solución de lixiviación pregnante en una o más celdas de electroextracción, las cuales son físicamente desacopladas del ensamble de lixiviación. Otros objetos y ventajas serán evidentes a partir de la siguiente descripción.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración esquemática de un procedimiento completo de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 es una ilustración esquemática de una operación de lixiviación de etapas múltiples en una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 3 es una ilustración esquemática de una operación de electroextracción de celdas múltiples en una modalidad preferida de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLA DE LA INVENCIÓN La presente invención provee una alternativa hidrometalúrgica a los procedimientos de conversión de mata de cobre y subsecuente electrorefinación de cobre, los cuales tradicionalmente siguen la fundición de minerales de sulfuro que lleva cobre. La invención evita el costo y las emisiones ambientales dañinas asociadas con la conversión de mata de cobre y la refinación por encendido. Esta invención además provee una química más simple de procedimiento, un diagrama de flujo completo más simple, y un producto más puro que los intentos hidrometalúrgicos de la técnica anterior. El procedimiento total puede ser dividido en ocho etapas: 1) trituración y molienda; 2) lixiviación; 3) separación de sólido-líquido; 4) electroextracción; 5) purificación de electrolito de corriente de sangrado; 6) remoción de azufre elemental; 7) recirculación de la mata con reacción incompleta; y 8) recuperación de metal del grupo platino (PGM) y metales preciosos. El procedimiento es novedoso en varios aspectos, particularmente en las etapas de lixiviación y electroextracción. El material de alimentación es mata de cobre (alguna forma de Cu Fe S), el producto final de un procedimiento de fundición. Por ejemplo, una muestra de mata de cobre de alto grado tratada con el procedimiento de la presente, puede contener sobre 05% de chalcocita (Cu2S), aproximadamente 3.3% de magnetita (Fe3O4), componentes menores como sulfuros de fierro, plomo, níquel, bismuto, arsénico y antimonio, etc., y una cantidad minuta de metales preciosos, aunque se pueden utilizar otras composiciones de mata en la presente invención. Normalmente, la mata es subsecuentemente convertida para remover el azufre y fierro. Sin embargo, la presente invención provee la remoción de estos elementos sin la operación normal de conversión. Haciendo referencia al diagrama de flujo completo representado en la Figura 1, la mata de cobre es transportada a través de la línea 11 hacia el triturador y molino 1, en donde la mata de cobre es triturada y molida a preferiblemente 80% pasando a través de una malla de 200, muy preferiblemente 80% a través de una malla de 325 en tamaño de partícula. Un tamaño de partícula pequeño promueve una reacción rápida y una alta recuperación de cobre en el paso subsecuente de lixiviación. La molienda en seco de esta mata de cobre se puede lograr en un molino de bolas o de barra acoplado con un ciclón de sobre carga. Sin embargo, se pueden utilizar otros métodos, tales como molienda en húmedo, que evita la generación de calor y oxidación del sulfuro de cobre, la cual puede ocurrir durante la molienda en seco. Después de la molienda, la mata de cobre es alimentada a través de la línea 12 directamente para lixiviarse al ensamble de tanque 2, en donde Cu2S reacciona con Fe3+ para formar Cu+2 y S°, como se representa por la reacción de Cu2S + 4Fe3+ = 2Cu2+ + 4Fe + S°. la magnetita (Fe3O4) y los metales PGM, así como también el oro y la plata no se disuelven en el ensamble de tanque de lixiviación 2, y por consiguiente permanecen en el residuo de la lixiviación. Después de la separación de sólido-líquido utilizando un espesante o cualquier otro método conocido en la técnica, la solución de lixiviación pregnante se hace pasar vía la línea 13 hacia un filtro 3, el cual remueve cualquier transportación posible de partículas diminutas de mata de reacción incompleta y azufre elemental, con el fin de asegurar un electrolito de limpieza vía la línea 14 hacia el ensamble de celda de electroextracción 4. La torta de filtro, del filtro 3, es regresada a través de la línea 20 de regreso al tanque de lixiviación 2. Dentro del ensamble de celda de electroextracción 4, los iones cúpricos son reducidos para densificar el cobre metálico sobre los cátodos, los cuales son cosechados vía las líneas 41, 42, 43, y al mismo tiempo, los iones ferrosos son oxidados a iones férricos sobre ánodos en el ensamble de celda 4, sin presentarse ningún desarrollo de hidrógeno u oxígeno sobre el cátodo o ánodo. Los iones férricos regenerados pueden ser transferidos vía la línea 15 hacia el ensamble de tanque de lixiviación 2 para disolver más cobre de Cu2S en la mata de cobre. Aunque no necesario en la presente invención, es opcional retirar, a través de la línea 16, una corriente de sangrado de electrolito para controlar el desarrollo de niveles de impurezas tales como, As, Bi, Sb, etc., en el electrolito. Después de que las impurezas han sido removidas de la corriente de sangrado en los medios de purificación 5, utilizando una técnica tal como intercambio de iones o extracción de solvente, el electrolito de corriente de sangrado purificado es regresado vía las líneas 17 y 14 de regreso al ensamble de electroextracción 4. Las impurezas removidas son desechadas vía la línea 51. Una corriente de sangrado puede ser retirada en otro punto en el procedimiento, sin apartarse de la presente invención. La corriente de sangrado purificada opcionalmente pude ser regresada al procedimiento. El residuo lixiviado generado en el ensamble de tanque de lixiviación 2, es descargado a través de la línea 26 hacia la unidad 6 para la remoción de azufre elemental. El azufre elemental puede ser recuperado utilizando un procedimiento tal como fusión por calor y filtración, o lixiviación de NH3-H2S, etc. La línea 61 lleva azufre elemental recuperado, el cual puede ser vendido como un producto comercial o puede ser recuperado a SO2 o ácido sulfúrico. El residuo restante es llevado además vía la línea 27 hacia la unidad 7 para la recuperación de la mata de cobre con reacción incompleta. Esta mata de cobre con reacción incompleta ha sufrido una descomposición parcial y enormemente está en la forma de covelita (CuS), la cual puede ser recirculada vía la línea 72 hacia el ensamble de tanque de lixiviación 2.

El residuo de la unidad 7 contiene todos los metales de PGM originalmente presentes, oro, plata, impurezas insolubles como magnetita (Fe3O ) y ganga. Este residuo es alimentado vía la línea 28 hacia la unidad 8 para la recuperación de los metales preciosos. Los metales preciosos recuperados son descargados vía la línea 81 para separación adicional, si es necesario, o para venta como una mezcla de impurezas. El residuo vía la línea 82, después de la recuperación del metal precioso, está principalmente compuesto de materiales no deseados y pueden ser desechados. El ensamble de tanque de lixiviación 2 de la presente invención puede ser construido de manera que la lixiviación se presenta ya sea en una etapa o en etapas múltiples en el procedimiento. En cualquier caso, la lixiviación se presenta bajo presión ambiente y a temperaturas por abajo del punto de ebullición. A través de la lixiviación, los iones de Cu2+ son liberados de Cu2S a través de ataque químico de Fe3+, como se expresa por la reacción Cu2S + 4Fe3+ = 2Cu2+ + S° + 4Fe2+. Sin embargo, el mecanismo de lixiviación real de la mata de cobre es escalonado. Dependiendo de la condición de oxidación y especialmente la concentración de iones férricos o potencial redox del lodo de lixiviación, la lixiviación de la mata de cobre puede terminar o puede detenerse prematuramente con la formación de productos intermediarios. Por ejemplo, la lixiviación puede resultar en intermediarios de digenita (Cut 8S) y covelita (CuS), si la fuerza de impulsión no es lo suficientemente grande. Se cree que la descomposición de la mata de cobre se logra a través de los siguientes tres pasos: (a) 5Cu2S + 2Fe3+ ? 5Cu?.8S + Cu2+ + Fe2+; (2) 5Cu,.ßS + 8Fe3+ ? 5CuS + 4Cu2+ + 8Fe2 + ; y (3) 5CuS + 10Fe3+ ? 5Cu2+ + 5S° + 10Fe2 + . El primer paso de descomposición de Cu2S ? Cu1 8S tiene la última resistencia y puede proseguir muy fácilmente, aún a una concentración férrica menor que 0.3 g/l. El segundo paso de descomposición de Cu?.8S ? CuS también tiene poca resistencia y puede proseguir fácilmente a una concentración férrica del orden de 0.3 g/l. El tercer paso de descomposición, CuS -> Cu2+, es el más difícil y probablemente no se presentará a regímenes aceptables a menos que la concentración férrica sea mayor que 3 g/l. En el paso de lixiviación de la presente invención, de preferencia solamente el cobre es disuelto en la forma de Cu2+ en la solución, y el azufre elemental, metales de PGM oro y plata se dejan en el residuo de lixiviación. La oxidación adicional del azufre elemental a sulfato es insignificante en este sistema, ya que el lodo de lixiviación es altamente ácido y es sólo moderadamente oxidante. Debido a la débil energía de oxidación del hierro férrico y a la ausencia de cualquier agente formador de complejo, los metales de PGM, oro y plata no se disuelven durante la lixiviación di cobre. Debido al único mecanismo de la descomposición de la mata de cobre, se prefiere tener lixiviación de flujo contra corriente de etapas múltiples. La lixiviación de etapas múltiples, y preferiblemente la lixiviación de res etapas se prefiere para promover una alta extracción de lixiviación de cobre. Una modalidad preferida de la presente invención es conducida como un procedimiento continuo que emplea un ensamble de lixiviación de tres etapas, como se muestra en la figura 2. En esta modalidad preferida, la mata de cobre finamente molida sufre la lixiviación de tres etapas bajo presión ambiente y a una temperatura por abajo del punto de ebullición. La mata de cobre es lixiviada en tres tanque de lixiviación 21L, 22L, y 23L vía el flujo de contra corriente. En el caso de lixiviación de tres etapas, se cree que las reacciones (1) y (2), antes mencionadas, se presentan en el tanque de lixiviación de la 1a. etapa 21L, las reacciones (2) y (3) se presentan en el tanque de lixiviación de 2a. etapa 22L, y solamente la reacción (3) se presenta en el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L. La concentración férrica es más alta en el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L, y la más baja en el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L. Haciendo referencia a la Figura 2, todo el ensamble de lixiviación de tres etapas incluye los siguientes componentes, entradas y salidas. La mata de cobre finamente molida es añadida al ensamble de lixiviación vía la línea 12 hacia el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L. La mata de cobre de reacción incompleta, del procedimiento total, es añadida al ensamble de lixiviación vía la línea 72 hacia el tanque de lixiviación de segunda etapa 22L. Los iones férricos regenerados de las celdas de electroextracción entran al ensamble de lixiviación siendo alimentados vía la línea 15 hacia el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L. Los medios de separación de sólido-líquido, tales como los espesantes 21S, 22S y 23S separan un sobrante y un flujo inferior de cada uno de los tanques de lixiviación en el ensamble de lixiviación. La línea 13 representa la salida de solución de lixiviación pregnante limpia del ensamble de lixiviación hacia las celdas de electroextracción. Teóricamente, de acuerdo con la reacción de lixiviación total (Cu2S + 4Fe3+ = 2Cu2+ + 4Fe2+ + S°), un mol de férrico produce solamente medio mol de cúprico. Por lo tanto, desde el punto de vista sólo de lixiviación, es deseable una alta concentración férrica en la corriente de entrada 15 hacia el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L, ya que incrementará el régimen de lixiviación de la mata de cobre y reduce las cantidades de lodos y soluciones claras, que serán manejadas dentro del mismo circuito de lixiviación y las cantidades de corriente de entrada vía la línea 15 hacia el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L y la corriente de salida vía la línea 13 del espesante de 1a. etapa 21S. Sin embargo, ya que el rendimiento de la electroextracción varía inversamente con la concentración férrica en el electrolito, la concentración férrica en la corriente de entrada vía la línea 15 es determinada completamente por el rendimiento de la electroextracción. Las concentraciones férricas en el electrolito menores que 10 g/l se prefieren para lograr una eficiencia de corriente razonablemente alta. Para facilitar las reacciones de lixiviación anteriores, las partículas de mata de cobre preferiblemente son de 200 mallas, muy preferiblemente de 325 mallas y deben ser bien suspendidas en la solución de lixiviación, posiblemente utilizando agitación mecánica, recirculación o rociado de gas inerte. Haciendo referencia a la Figura 2, en el tanque de lixiviación de primera etapa 21L, la mata de cobre finamente molida fresca, la cual es alimentada vía la línea 12, y una pequeña cantidad de torta de filtro conteniendo mata de cobre de reacción incompleta, la cual es añadida vía la línea 20, se mezclan con parte de la corriente de flujo inferior vía las líneas 21c y 21d desde el espesante de 1a. etapa 21S y la corriente de sobrante vía la línea 22B desde el espesante de 2a. etapa 22S. La velocidad de alimentación de la mata de cobre fresca vía la línea 12 se calcula de acuerdo con la velocidad de cobrizante sobre el cátodo el las celdas de electroextracción y el porcentaje de extracción del cobre durante la lixiviación, la velocidad de cobrizado debe ser igual a la velocidad total de la lixiviación del cobre. Es preferible el regreso de parte de la corriente de flujo inferior vía las líneas 21c y 21d desde el espesante de 1a. etapa 21S de regreso al tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L, a medida que cada paso de la solución férrica atraviesa el tanque de lixiviación y lixivia sólo una pequeña cantidad de cobre de la mata de cobre. Cada paso da como resultado un pequeño incremento en la concentración de Cu2+ en solución del orden de 1 a 5 g/l, el cual depende de la concentración férrica en la solución de entrada vía la línea 15. El tiempo de residencia para la fase sólida depende de la velocidad de cobrizado, la densidad de pulpa, el contenido de cobre en la mata de cobre original, la recuperación de cobre requerida, el tamaño de reactor de lixiviación para cada etapa, y el número de etapas de lixiviación.

El tiempo de residencia para la fase líquida depende de la velocidad de cobrizado, el potencial redox del electrolito en la celda de electroextracción, el potencial redox del lodo en el reactor de lixiviación de 1a. etapa, el tamaño del reactor de lixiviación, y el número de etapas de lixiviación. El lodo de descarga vía la línea 21a desde el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L hacia el espesante de primera etapa 21S contiene principalmente CuS, Cu1 8S (en una pequeña cantidad), FeSO4, Fe2(SO )3 (< 0.3 g/l Fe3+), CuSO , H2SO4 y pequeñas cantidades de aditivos e impurezas. Se forma azufre elemental mínimo en el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L. La densidad de pulpa puede variar de 5 a 70%. La densidad de pulpa de preferencia en de aproximadamente 40% para cada etapa. El procedimiento de recirculación de la presente invención asegura que la lixiviación puede llevarse a cabo a una alta densidad de pulpa, mientras reduce al mínimo el tamaño necesario de los tanques de lixiviación. La corriente de sobrante vía la línea 13 desde el espesante de 1a. etapa 21S contiene CuSO4 (20 a 50 g/l Cu2+), H2SO (20 a 200g/l), FeSO4 (20 a 50 g/l Fe +), Fe2(SO4)3 (< 0.3 g/l Fe3+), pequeñas cantidades de aditivos y cantidades huella de impurezas. Antes de que esta solución sea bombeada a las celdas de electroextracción, puede ser preferible una filtración extra para remover cualquier transporte de partículas sólidas pequeñas, en particular, azufre elemental. Después de la filtración, esta solución pregnante es introducida a las celdas de electroextracción.

La corriente de flujo inferior 21c del espesante de 1a. etapa 21S debe contener muy poca solución. De otra manera, la solución de lixiviación contenida en el flujo inferior, llena de Fe3+, es transferida en una dirección no deseable hacia la siguiente etapa de la lixiviación, reduciendo así la velocidad de lixiviación y efectuando la terminación de la descomposición de la mata de cobre. La corriente de flujo inferior se divide además en dos sub-corrientes vía las líneas 21d y 21e. La sub-corriente vía la línea 21e debe llevar una cantidad de sólidos según sea requerido para perfeccionar la lixiviación manteniendo una densidad de pulpa aparente, específica en el tanque de lixiviación 21L. La sub-corriente vía I línea 21e sólo representa una pequeña porción de la corriente del flujo inferior de la línea 21c desde el espesante de 1a. etapa 21S. Una gran porción de la corriente de flujo inferior es recirculada internamente vía la línea 21d de regreso al tanque de lixiviación 21L. La lixiviación de 2a. etapa es absolutamente similar a la lixiviación de 1a. etapa. La temperatura y la densidad de pulpa aparente es el tanque de lixiviación de 2a. etapa 22L son similares a aquellas del tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L. Sin embargo, en el tanque de lixiviación de 2a. etapa 22L, el contenido férrico es del orden de 3-4 g/l, el cual es más de 10 veces mayor que aquel en el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L. El Cu2S en la mata de cobre ha sido convertido a Cu2+, covelita (CuS) y también algo de azufre elemental. El contenido de azufre elemental en la fase sólida puede alcanzar tanto como 30 a 60% en el tanque de lixiviación de 2a. etapa. También, se prefiere que el tanque de lixiviación de 2a. etapa, en lugar del tanque de lixiviación de 1a. etapa, reciba vía la línea 72, la mata de cobre recuperado, sin reaccionar por completo, la cual está principalmente en la forma de covelite (CuS). Ya que la concentración férrica es más alta en el tanque de lixiviación de 2a. etapa comparado con el tanque de lixiviación de 1a. etapa, la descomposición de covelite a Cu+2 puede presentarse a una velocidad aceptable en el tanque de lixiviación de 2a. etapa. El lodo en el tanque de lixiviación de 2a. etapa 22L es descargado vía la línea 22a hacia el espesante de 2a. etapa 22S. Como con el espesante de 1a. etapa 21S, la corriente de flujo inferior vía la línea 22c del espesante de 2a. etapa 22S debe contener muy poca solución. La corriente de flujo inferior vía la línea 22c se divide en sub-corrientes vía las líneas 22d y 22e. La sub-corriente vía la línea 22e representa una pequeña porción de la corriente de flujo inferior de la línea 22c, y debe coincidir equivalentemente con la sub-coriente vía la línea 21e. De esta manera, no se desarrollan sólidos en el sistema, la corriente de flujo inferior desde el espesante de 2a. etapa 22S va hacia el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L, ya que la concentración férrica en esta solución sigue siendo demasiada alta para regresar a la celda de electroextracción. La lixiviación de 3a. etapa es similar a la lixiviación de 1a. etapa y de 2a. etapa en algunas aspectos. Sin embargo, el electrolito gastado de las celdas de electroextracción es añadido al tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L vía la línea 15. El lodo descargado vía la línea 23a desde el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L, contiene más de 75% en peso de azufre elemental en la fase sólida, y la extracción total de cobre alcanza sobre el 95%. La temperatura en el tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L es similar a aquella en los tanques de lixiviación de 1a. etapa y de 2a. etapa, 21L y 22L; sin embargo, el contenido férrico en el tanque de lixiviación 23L es el más alto entre los tanques de lixiviación 21L, 22L y 23L, variando de 4 a 10 g/l. La corriente de flujo inferior vía la línea 23c del espesante de 3a. etapa 23S también se divide en dos sub-corrientes vía las líneas 23d y 23e. La sub-corriente vía la línea 23e es adelantada más hacia el filtro 24 para remover la solución en exceso contenida en el flujo inferior. La solución recuperada en el filtro 24 es regresada vía las líneas 24a y 23f de regreso al tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L. La torta de filtro obtenida en el filtro 24 es enviada vía la línea 24b hacia medios de lavada 25. Dos o tres lavados de desplazamiento pueden ser adecuados para liberar la solución atrapada dentro de la torta de filtro. Durante la práctica, el filtro 24 y los medios de lavado 25 pueden ser combinados en una sola unidad de procesamiento. Para evitar la precipitación del hidróxido férrico, el agua de lavado agregada vía la línea 29 es de preferencia ligeramente acida. Parte de la solución de lavado de los medios de lavado 25 puede ser añadida al tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L vía las líneas 25a y 23f. Alternativamente, la solución de lavado de la línea 25a puede ser añadida finalmente a los tanques de lixiviación de 1a., 2a., y 3a. etapa, 21L, 22L y 23L. El ácido es introducido para compensar la pérdida del ácido, la cual ocurre cuando las celdas de electroextracción, los tanque s de lixiviación y los espesantes son expuestos al aire abierto. Cierta cantidad de ácido será perdida debido a la absorción de oxígeno seguido por su reacción con la mata de cobre o ferroso. Sin embargo, sólo una pequeña cantidad de ácido es preferiblemente añadida vía la línea 29 con el fin de alterar significativamente el equilibrio del ácido en todo el procedimiento. Ya que la pérdida de agua puede ocurrir a través de la evaporación, si las celdas de electroextracción, los tanques de lixiviación y los espesantes no se sella, el agua introducida vía la línea 29 debe ser añadida con el fin de no alterar el equilibrio del agua de todo el sistema. La torta de filtro obtenida después de lavar y desaguar en 25, es acelerada hacia los medios de remoción de azufre 6 (Figura 1)- La separación de sólido-líquido en 21S, 22S y 23S puede llevarse a cabo utilizando equipo comercialmente disponible como un espesante o ciclón, etc. La separación de sólido y líquido en la lixiviación contra corriente debe ser eficiente; de otra manera, los sólidos serán llevados por la línea 23b desde el espesante de 3a. etapa 23S hacia el tanque de lixiviación de 2a. etapa 22L, y vía la línea 22b desde el espesante de 2a. etapa 22S hacia el tanque de lixiviación de 1a. etapa 21L. Este movimiento de fase sólida es indeseable porque, en el caso extremo, todos los sólidos pueden ir a parar en el circuito de lixiviación de 1a. etapa. Opcionalmente, se puede instalar un filtro o centrífuga entre cada etapa de lixiviación para garantizar que el flujo de la fase sólida sea en la dirección correcta. Para facilitar la sedimentación de la fase sólida en los espesantes 21S, 22S y 23S, se puede añadir una pequeña cantidad de floculante a los espesantes. La densidad de pulpa de lodo en los tanques de lixiviación puede variar en la escala de 5 a 70% (p/v), preferiblemente a 40% (p/v). La densidad de pulpa se determina parcialmente por la velocidad de lixiviación, y parcialmente mediante la eficiencia de los medios de separación de sólido-líquido. La velocidad de lixiviación es de preferencia lo suficientemente rápida para reducir el contenido férrico en la corriente de entrada que viene de la línea 15 hacia abajo a casi cero en la corriente de salida de sale de la línea 13. Una velocidad de lixiviación deseable se logra a temperaturas en la escala de 60°C al punto de ebullición, y se prefiere de 80°C. La presencia de una pequeña cantidad de cloro en los lodos de lixiviación también es completamente benéfica para la velocidad de lixiviación. La cantidad de adición de cloro puede estar en la escala de 0 a 200 ppm, de preferencia a 75 ppm, la cual se restringe de nuevo a través del rendimiento de la electroextracción. Sin embargo, el procedimiento de la presente trabajará aún a concentraciones de cloro mucho más altas. En la presente invención, la electroextracción puede realizarse en una o más celdas de electroextracción. Se pueden utilizar celdas múltiples en paralelo o en serie. Cuando se hace recircular una solución, la electroextracción de celdas múltiples promueve una eficiencia de corriente total superior, la cual es definida como la eficiencia de corriente promedio calculada con base en las eficiencias de corriente y los pesos de los cátodos de cobre en cada celda de electroextracción. La Figura 3 representa la electroextracción en una serie de 3 celdas, la cual puede ser utilizada en la presente invención. La solución de lixiviación pregnante pulida o clara, la cual no contiene ninguna partícula sólida y una cantidad insignificativa de iones férricos, se alimenta vía la línea 14 como la alimentación para la celda de electroextracción de 1a. etapa 4a. El electrolito de sobrante de la celda de electroextracción de 1a. etapa 4a se utiliza como la alimentación para la celda de electroextracción de 2a. etapa 4b, es decir, este electrolito de sobrante es transferido vía la línea 44 y se añade a la celda de electroextracción de 2a. etapa 4b. Similarmente, el electrolito de sobrante de la celda de electroextracción de 2a. etapa 4b se utiliza como la alimentación para la celda de electroextracción de 3a. etapa 4a. vía la línea 45. Los diseños de las celdas de electroextracción múltiples 4a, 4b y 4c pueden ser exactamente los mismos; sin embargo, operan en diferentes condiciones, principalmente difieren en la selección de densidad de corriente y velocidad de recirculación del electrolito. Haciendo referencia a las Figuras 1, 2 y 3, el electrolito de sobrante de la celda de electroextracción de 3a. etapa 4c, es relativamente alto en la concentración de hierro férrico en la escala de 3 a 10 g/l, puede ser regresado vía la línea 15 de regreso al tanque de lixiviación de 3a. etapa 23L en el circuito de lixiviación de tres etapas. Los cátodos de cobre son cosechados vía las líneas 41, 42 y 43, respectivamente, desde las celdas de electroextracción 4a, 4b y 4c. Aunque las apariencias visuales de los cátodos de cobre producidos en las celdas de electroextracción 4a, 4b y 4c pueden variar a cierto grado, sus composiciones químicas permanecen consistentes en la misma escala entre sí. La pureza de los cátodos producidos en este procedimiento satisface las especificaciones de ASTM Grado 1. En cada celda de electroextracción, preferiblemente se utilizan múltiples cátodos y ánodos con una separación entre un ánodo y un cátodo adyacente del orden de 1.27 a 5.08 cm, de preferencia de 5.08 cm desde el centro. Un substrato de cátodo adecuado es titanio u otro tipo de acero inoxidable 316, y un material de ánodo adecuado es el ánodo Eltech's Activated Lead Electrode (ALE) (Electrodo de Plomo Activado de Eltech) o ánodo de titanio revestido con un óxido de metal precioso (como RhO2/lrO2) también conocido como un Dimensionally Stable Anode (DSA) (Ánodo Dimensionalmente Estable). Los ánodos de plomo y de aleación de plomo utilizados en electroextracción de cobre convencional, tales como, Pb-Cu-Sn-Ca, Pb-Ag y Pb-Sb-As, también trabajarán; sin embargo, estos ánodos de plomo dan un sobrepotencial superior para la oxidación ferrosa.

La reacción de cátodo deseable en la reducción del ion cúprico a cobre metálico (Cu2+ + 2e = Cu). En el cátodo de la presente invención no se desarrolla gas hidrógeno; sin embargo, la reducción de férrico a ferroso es termodinámicamente favorable, y así siempre se presenta en el cátodo junto con la reducción de iones cúpricos. 3 + Esta reacción lateral de Fe Fe sobre el cátodo fuerza a la electroextracción de cobre a correr a una alta densidad de corriente con el fin de obtener una eficiencia de corriente razonablemente alta. Esto se debe al porcentaje de corriente consumida por la reducción del férrico que va por abajo a una densidad de corriente alta, la reducción férrica sobre el cátodo siendo controlada por la transferencia de masa de Fe3+ hacia la superficie del cátodo. Este es preferible, ya que los costos de operación y el capital se reducen en una alta productividad. Con respecto a la reacción del cátodo, el depósito preferido debe ser un cátodo de cobre coherente, suave, en lugar de un cátodo o granulo dendrítico. Se ha encontrado que experimentalmente que para obtener un cátodo de cobre coherente, son benéficos aditivos (tales como pegamento, tiourea, cloro, etc.). Además, la densidad de corriente del cátodo debe estar por abajo de la densidad de corriente limitante de la reducción cúprica sobre el cátodo. El ataque químico del cobre depositado sobre el cátodo a través del ion férrico en el electrolito puede realizarse en la presente invención. Este ataque químico a través del ion férrico, si es moderado, es útil, por un lado para eliminar la formación de cualesquiera dendritas o salientes sobre la superficie del cátodo y así presenta un efecto liso, pero, por otro lado, si este ataque químico es demasiado fuerte, cantidades en exceso de cobre depositado serán disueltas en el electrolito resultante en una pérdida considerable de eficiencia de corriente. Ya que el potencial redox está relacionado directamente con la concentración férrica, la concentración férrica en el electrolito puede ser controlada en línea verificando el potencial redox del electrolito. Una concentración férrica apropiada debe ser seleccionada con el fin de perfeccionar la lixiviación del cobre fuera de la mata de cobre permitiendo todavía la producción de un cátodo suave, coherente con un ataque químico reducido al mínimo. La reacción de ánodo deseable es la oxidación de ferroso a férrico (Fe2+ = Fe3+ + e). Ya que el ánodo lleva cargas positivas, los ánodos Fe2+ son alejados de la superficie del ánodo debido a la naturaleza repulsiva entre las cargas positivas. Por lo tanto, la migración iónica de los iones Fe2+ proporciona una contribución negativa a la transferencia de masa total de Fe2+ hacia la superficie del ánodo. En dicha circunstancia, la masa de transferencia de los iones Fe2+ se basa tanto en la difusión como en la convección. Los iones Fe2+ deben estar disponibles en la superficie del ánodo para evitar la reacción de competencia de I ánodo, es decir, evolución de oxígeno. El sobrepotencial del ánodo para la oxidación de ferroso a férrico debe ser reducido al mínimo. La evolución de oxígeno sobre el ánodo preferiblemente se reduce al mínimo o se evita en la presente invención, ya que cualquier evolución de gas ocasionará la formación de vapor ácido y correspondientemente deteriorará el ambiente de un alojamiento de tanque. Además, cuando se desarrolla gas oxígeno, debido a su lenta reacción con ferroso (4Fe2+ + O2 + 4H+ = 4Fe3++ 2H2O) en el electrolito, se generó ácido debido a la evolución de oxígeno (2H2O = 02 + 4H+ + 4e), el oxígeno no es consumido por completo y los iones Fe3+ no son generados equivalentemente de cobre plateado sobre el cátodo en el pasaje del gas oxígeno desde la superficie del ánodo hacia el aire abierto. Así, cuando esto ocurre, la mayor parte del gas oxígeno desarrollado en el cátodo simplemente se escapa hacia el aire. Consecuentemente, se eliminarán los iones Cu2+ y el ácido se desarrollará en el electrolito. Para evitar la evolución de oxígeno en el ánodo y proveer un depósito de cátodo coherente electroextraído a una alta eficiencia de corriente, se prefiere mantener una alta velocidad de recirculación. El límite superior de la velocidad de recirculación es determinado parcialmente por la pérdida excesiva de eficiencia de corriente debido a la reducción de Fe3+ y su ataque químico del cátodo de cobre, y parcialmente por el costo de bombeo altamente asociado. En una modalidad preferida de la presente invención, como se muestra en la Figura 3, se provee recirculación del electrolito a través de las bombas 47, 48 y 49 con un alto volumen de velocidad de flujo y cabeza inferior. Para reducir el costo de bombeo, las celdas de electroextracción pueden ser construidas más altas, si el electrolito debe viajar verticalmente, o pueden ser construidas más largas, si el electrolito debe viajar horizontalmente. Las condiciones de operación preferibles para la electroextracción de 3 celdas, como se representa en la Figura 3, son densidad de corriente de 500 a 1,500 A/m2, temperatura de 60 a 90°C (aunque también es aceptable hasta el punto de ebullición), concentración de Fe3+ de 1 a 10 g/l, concentración de Fe2+ de 20 a 50 g/l, concentración de Cu2 de 20 a 50 g/l, concentración de H2SO de 0 a 200 g/l, concentración de cloro de 20 a 200 ppm, y velocidad lineal de recirculación del electrolito más allá del electrodo de 2 a 20 cm/seg, con las adiciones de ciertos aditivos, tales como pegamento y tiourea, etc. A una densidad de corriente de 1,000 A/m2, se pueden producir cátodos de cobre con un espesor de aproximadamente 0.635 cm durante un período de 2 días. A través de todo el sistema, el electrolito debe ser lo suficientemente ácido para evitar cualquier precipitación de hidróxido férrico. Un alto contenido de ácido reduce la caída de voltaje en el electrolito en las celdas de electroextracción. Actualmente, se cree que el límite superior es determinado por la saturación del electrolito. Una pequeña cantidad de cloro en el electrolito mejora la calidad del cátodo de cobre, la eficiencia de corriente y la extracción de cobre durante la lixiviación. Si se utiliza acero inoxidable del tipo 316 como un substrato de cátodo, puede ocurrir picadura a una alta concentración de cloro. El pegamento, tiourea, goma guar u otros aditivos pueden ser añadidos en una cantidad adecuada para asegurar un cátodo de cobre liso. En una electroextracción de 3 celdas, tal como aquella representada en la figura 3, el potencial redox, de concentración férrica, es más bajo en la celda de electroextracción de 1a. etapa 4a, y más alto en la celda de electroextracción de 3a. etapa 4c. La eficiencia de corriente del cobre muestra lo contrario, es decir, es más alto en la celda de electroextracción de 1a. etapa 4a y más bajo en la celda de electroextracción de 3a. etapa 4c. Si el electrolito pasa a través de las celdas de electroextracción 4a, 4b y 4c en serie, variando en forma inversa con la concentración férrica, es decir, vía las líneas 14, 44, 45 y 15 en la Figura 3, y no se forman corrientes de sangrado de electrolito entre ellas, sólo un potencial redox de la celda de electroextracción del electrolito puede ser efectivamente controlado cambiando la corriente de entrada vía la línea 14, Preferiblemente, el potencial redox o concentración férrica en la celda de electroextracción de 3a. etapa 4c necesita ser controlado. En vista de la electroextracción sola, se prefiere un potencial redox inferior o una baja concentración férrica. Sin embargo, ya que la corriente de sobrante de la celda de electroextracción de 3a. etapa 4c regresa al circuito de lixiviación, la concentración férrica debe ser lo suficientemente alta para lixiviar completamente la mata de cobre en iones Cu2 y azufre elemental. Debido a esta naturaleza contradictoria para la concentración férrica, se debe mantener una selección comprometida de la concentración férrica.

También es posible una operación de electroextracción de una etapa en la presente invención. En una operación de electroextracción de una etapa, es deseable tener una celda de electroextracción horizontal, larga, individual, con electrodos múltiples en paralelo colocados en serie a lo largo de la longitud de la celda. El Fe3+ se incrementa de 0.3 g/l a aproximadamente 9 g/l a lo largo de la longitud de la celda. Así, la concentración de Fe3 varía continuamente sobre la longitud de la celda como o hará la eficiencia de densidad. Los varios aspectos de la presente invención pueden ser ilustrados a través de los siguientes ejemplos: EJEMPLO 1 Efecto del Cloro y la Tiourea Modo: Lixiviación de 1 etapa en lotes y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2 + , 35 g/L Fe(,ßtai), 110 g/l de H2SO4, Cl", pegamento y/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; 6 horas de duración; 100 gramos de mata de cobre de alto grado (-325 mallas) para cada prueba; pegamento añadido a 2.75 kg/tonelada empezado con 16 ppm; circulación de electrolito EW a 7 GPM (7.9 cm/seg) 970 A/m2 c.d. para el cátodo y el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de cátodo de titanio de 0.317 cm (0.15875 cm deprimido); espesor de ánodos de Pb,Sn,Ca,Cu de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Hallazgos: (1) Con la adición de tiourea junto con el pegamento, el voltaje de celda se incrementa de aproximadamente 50 a 80 mV (2) Cuando la concentración de CI" es igual a o está por arriba de 75 ppm, sí la tiourea se añade o no conjuntamente con el pegamento , no afectará la eficiencia de corriente y la calidad de cátodos de cobre. (3) Sin embargo, cuando la concentración de CI" está en la escala de 25 a 50 ppm , la adición conjunta de tiourea junto con el pegamento es benéfica. (4) Con una concentración de CI" de cero en el electrolito, la adición conjunta de tiourea junto con pegamento es indeseable.

EJEMPLO 2 Efecto de la Densidad de Corriente Modo: Lixiviación de 1 etapa en lotes y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fe(totai), 110 g/l de H2SO4, 75 ppm de CI', pegamento y/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; 6 horas de duración; mata de cobre de alto grado (-325 mallas); y para cada prueba 100 gramos para 1,000 A/m2 y 150 gramos para 1,500 A/m2; pegamento añadido a 2.75 kg/tonelada con 16 ppm; circulación de electrolito EW a 7 GPM (7.9 cm/seg); dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de cátodo de titanio de 0.317 cm (0.15875 cm deprimido); espesor de ánodos de Pb,Sn,Ca,Cu de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Hallazgos: (1) Tanto el voltaje de la celda como la eficiencia de corriente se incrementan con la densidad incrementada.

EJEMPLO 3 Efecto del Potencial Redox del Electrolito de Electroextracción Modo: Lixiviación de 1 etapa en lotes y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fß(totai), 110 g/l de H2SO4, 100 ppm de CI', pegamento y/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; mata de cobre de alto grado (-325 mallas); tiourea añadida a 0.185 kg/tonelada empezando con 16 ppm; circulación de electrolito EW a 7 GPM (7.9 cm/seg); 970 A/m2 c.d. para el cátodo y 1,720 A/m2 para el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de cátodo de titanio de 0.317 cm (0.15875 cm deprimido); espesor de ánodos de Pb,Sn,Ca,Cu de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Hallazgos: (1) La eficiencia de corriente con el potencial redox en incremento del electrolito de electroextracción debido a más iones férricos se reduce en el cátodo.

EJEMPLO 4 Efecto de Temperatura Modo: Lixiviación de 1 etapa en lotes y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fe(,otai), 5.5 g/L de Fe3 + , 110 g/l de H2SO4, 75 ppm de CI", pegamento y/o tiourea Condiciones: 6 horas de duración; 100 gramos de mata de cobre de alto grado (-325 mallas) para cada prueba; pegamento añadido a 2.75 kg/tonelada empezado con 16 ppm; tiourea añadida a 0.185 kg/ton empezado con 1.6 ppm; circulación de electrolito EW a 7 GPM (7.9 cm/seg) 970 A/m2 c.d. para el cátodo y el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de cátodo de titanio de 0.317 cm (0.15875 cm deprimido); espesor de ánodos de Pb,Sn,Ca,Cu de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Hallazgos: (1) Entre 60 y 80°C, la temperatura tiene un pequeño efecto en la eficiencia de corriente. Sin embargo, afecta fuertemente la superficie de los cátodos. (2) El voltaje de la celda y el consumo de energía siempre se incrementan con la reducción de la temperatura.

EJEMPLO 5 Efecto de Impurezas Modo: Lixiviación de 1 etapa en lotes y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fe(tßtai), 110 g/l de H2SO4, 75 ppm de CI", pegamento y/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; 6 horas de duración; 120 gramos de mata de cobre de alto grado (-325 mallas) para cada prueba; pegamento añadido a 2.75 kg/tonelada con 16 ppm; tiourea añadida a 0.185 kg/ton empezada con 1.7 ppm; circulación de electrolito EW a 6 GPM (7.1 cm/seg) 970 A/m2 c.d. para el cátodo y el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de acero inoxidable tipo 316 de 0.317 cm (0.15875 cm deprimido); espesor de ánodos de Pb,Sn,Ca,Cu de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Análisis Espectrográfico de Emisión de Cátodos de Cobre Hallazgos: (1) Las tres impurezas, Sb, As y Bi no tienen ningún efecto significativo en la eficiencia de corriente de voltaje de celda y morfología de superficie de cátodo.

EJEMPLO 6 Efecto de Circulación de Electrolito en la Celda de Electroextracción Modo: Lixiviación de 1 etapa en lotes y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fe totai), 110 g/l de H2SO4, 75 ppm de CI", pegamento y/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; 6 horas de duración; 120 gramos de mata de cobre de alto grado (-325 mallas) para cada prueba; pegamento añadido a 2.75 kg/tonelada empezado con 17 ppm; tiourea añadida a 0.185 kg/ton empezado con 1.7 ppm; 970 A/m2 c.d. para el cátodo y el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de acero inoxidable tipo 316 de 0.317 cm (0.15875 cm deprimido); espesor de ánodo de ALE de Eltech de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Hallazgos: (1) La eficiencia de corriente siempre se incrementa con la reducción de la circulación del electrolito en la celda de electroextracción. (2) La velocidad de flujo más lenta, la cual sigue asegurando un cátodo bueno, coherente, relativamente liso sin un crecimiento preferencial de dendrita es de aproximadamente 3.6 cm/seg.

EJEMPLO 7 Cátodos de Cobre Grueso (Pruebas de 48 horas) Modo: Lixiviación de 3 etapas continua y electroextracción de 1 etapa. Electrolito- 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fe(,0t«i), 110 g/l de H2S04, 75 ppm de CI" Deaamento v/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; 48 horas de duración; 250 gramos de mata de cobre de alto grado (-325 mallas) en cada reactor de lixiviación de 1.6- L: L1, L2, y L3; 970 A/m2 c.d. para el cátodo y el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x 10.16 cm: espesor del substrato de acero inoxidable tipo 316 de 0.317 cm (deprimido: 0.79375 cm izquierda y derecha, 0.635 c superior e inferior); espesor de ánodo de ALE de Eltech de 0.47625 cm; separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Análisis de Residuos de Lixiviación de Mata de Cobre Hallazgos: (1) Se puede obtener fácilmente una recuperación de cobre de 95% Nota: (1) Acc. representa residuos de lixiviación acumuladas (o mezcladas), los cuales fueron recogidos en un período de 48 horas.

EJEMPLO 8 Ánodo de ALE de Eltech {pruebas de 48 horas) Modo: Lixiviación de 3 etapas continua y electroextracción de 1 etapa. Electrolito: 35 g/L de Cu2+, 35 g/L Fe(totai), 110 g/l de H2SO4, 75 ppm de CI', pegamento y/o tiourea Condiciones: 80°C, potencial redox = 0.425 voltios vs. SCE; 48 horas de duración; 250 gramos de mata de cobre de alto grado (-325 mallas) en cada reactor; 970 A/m2 c.d. para el cátodo y el ánodo; dimensiones de electrodo: 5.08 x .16 cm; pegamento añadido a 2.75 kg/tonelada empezado con 17 ppm; tiourea añadida a 0.185 kg/ton empezado con 1.7 ppm; circulación de electrolito EW 7 GPM (8.3 cm/seg); separación de 2.54 cm de centro a centro entre el ánodo y el cátodo.

Hallazgos: (1) El ánodo ALE de Eltech provee aproximadamente 42% de ahorros de energía, comparado con los ánodos de Pb-Ca-Sn- Cu, los cuales se utilizan en la industria.

En resumen, de acuerdo con la presente invención, se provee un procedimiento libre de SO2 para la extracción de cobre. El procedimiento produce cobre, en un sistema ya sea por lotes o continuo, a partir de una mata d cobre en un medio de sulfato ácido vía métodos de lixiviación y de electroextracción. Antes de la lixiviación, la mata de cobre es molida a un tamaño de partícula menor que 325 mallas. Después, la mata de cobre es sometida a lixiviación a través de sulfato férrico en una solución acida conteniendo sulfatos cúprico y ferroso bajo presión atmosférica y a una temperatura menor que el punto de ebullición. Más del 95% del cobre originalmente presente en la mata de cobre, puede disolverse en la solución durante la lixiviación. El residuo de la lixiviación puede contener mata de cobre de reacción incompleta (menos del 5%), azufre elemental, metales de PGM, oro y plata, y otras impurezas. La mata de cobre de reacción incompleta, el azufre elemental, los metales de PGM, el oro y la plata en el residuo de lixiviación pueden ser completamente recuperados. Subsecuente a la separación de sólido-líquido después de la lixiviación, la solución pregnante es bombeada a una celda de electroextracción sin diafragma, de flujo forzado, en donde son producidos cátodos de cobre de alta calidad a una densidad de 3 a 4 veces tan alta como aquella utilizada en la electroextracción de cobre convencional, y al mismo tiempo se genera un ion férrico a partir de la oxidación del hierro ferroso que ocurre en el ánodo. A pesar de la densidad de corriente de la electroextracción que es de 3 a 4 veces tan alta como aquella en la electroextraccíón de cobre convencional , el depósito de cobre del cátodo es coherente y satisface las especificaciones de ASTM del mercado para el cátodo de cobre de grado 1 . No existe ningún desarrollo en el ánodo, y el consumo de energía de electroextracción es menor que o igual a aquel en la electroextracción de cobre convencional , es deci r, del orden de 1 .2 kwh/kg. El electrolito gastado de la electroextracción es regresado al circuito de lixiviación . En la especificación anterior, la presente invención ha sido descrita con respecto a las modalidades específicas . Estas sirven como ejemplos para ilustrar la invención en lugar de limitar su alcance. Se pueden hacer modificaciones sin apartarse de las enseñanzas más amplias y el alcance de la invención .

Claims (32)

REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para la producción de cobre metálico de alta pureza a partir de mata de cobre, que comprende los pasos de: lixiviar la mata de cobre bajo condiciones de oxidación en un ion férrico que contiene un ensamble de lixiviación de electrolito de sulfato de cobre ácido, incluyendo uno o más reactores, para solubilizar en cobre en una solución de lixiviación formando una solución de lixiviación rica en cobre y un residuo que contiene azufre elemental; y electroextraer el cobre de la solución de lixiviación rica en cobre y regenerando iones férricos en un ensamble de celda de electroextracción, incluyendo una o más celdas de electroextracción; en donde el ensamble de celda de electroextracción es físicamente desacoplado del ensamble de lixiviación.

2 - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los pasos se llevan a cabo a presión atmosférica.

3.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los pasos se llevan a cabo a temperaturas en la escala de 40°C al punto de ebullición.

4.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la lixiviación se logra a través de ataque químico de los iones férricos.

5 - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de lixiviar la mata de cobre se lleva a cabo bajo un flujo contra corriente de la mata de cobre y la solución de lixiviación.

6 - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la electroextracción se presenta en una o más celdas de electroextracción, las cuales no contienen un diafragma.

7.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la densidad de corriente en el ensamble de celda de electroextracción está en la escala de 500 a 2000 A/m2.

8.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la velocidad lineal de recirculación del electrolito está en la escala de 2 a 30 cm/seg.

9.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno o más de pegamento, tiourea, guar, y cloro se añaden al ensamble de electroextracción.

10 - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cloro se añade al ensamble de tanque de lixiviación.

11.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una o más de las celdas de electroextracción contienen un ánodo de Electrodo de Plomo Activado.

12.- Un producto de cátodo de cobre de alta pureza producido mediante el procedimiento de la reivindicación 1.

13 - El producto de cátodo de cobre de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 7, el cual satisface las especificaciones para ASTM de grado 1.

14 - Un procedimiento para la producción continua de cobre metálico de alta pureza a partir de mata de cobre, que comprende los pasos de: preparar una mata de cobre finamente dividida; lixiviar la mata de cobre bajo condiciones de oxidación en un ion férrico conteniendo un ensamble de lixiviación de electrolito de sulfato de cobre ácido, que incluye uno o más reactores de lixiviación, para solubilizar el cobre en una solución de lixiviación formando una solución de lixiviación rica en cobre y un residuo que contiene azufre elemental; separar la solución de lixiviación rica en cobre del residuo; electroextraer el cobre de la solución de lixiviación rica en cobre y regenerar iones férricos en un ensamble de electroextracción incluyendo una o más celdas de electroextracción, en donde el ensamble de celda de electroextracción está físicamente desacoplado del ensamble de tanque de lixiviación; recuperar del ensamble de electroextracción un electrolito rico en iones férricos; recuperar azufre elemental del residuo de lixiviación; y recuperar metales preciosos del residuo de lixiviación.

15.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde los pasos se llevan a cabo a presión atmosférica.

16.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde los pasos se llevan a cabo a temperaturas en la escala de 40°C al punto de ebullición.

17 - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la lixiviación se logra a través de ataque químico de los iones férricos.

18.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el paso de lixiviar la mata de cobre se lleva a cabo bajo un flujo contra corriente de la mata de cobre y la solución de lixiviación.

19.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde además comprende los pasos de retirar una corriente del electrolito rico en iones férricos y remover las impurezas de la corriente, creando un electrolito purificado.

20.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, en donde además comprende el paso de transferir el electrolito purificado de regreso al ensamble de celda de electroextracción.

21.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, en donde las impurezas son removidas a través de un procedimiento de extracción de solvente.

22.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, en donde las impurezas son removidas a través de un procedimiento de intercambio de iones.

23.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, en donde las impurezas removidas son uno o más de As, Bi o Sb.

24.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la electroextracción se presenta en una o más celdas de electroextracción, las cuales no contienen un diafragma.

25.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la densidad de corriente en el ensamble de celda de electroextracción está en la escala de 500 a 2000 A/m2.

26.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la velocidad lineal de recirculación del electrolito está en la escala de 2 a 30 cm/seg. 27.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde uno o más de pegamento, tiourea, guar, y cloro se añaden al ensamble de electroextracción. 28.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el cloro se añade al ensamble de tanque de lixiviación. 29.- Un producto de cátodo de cobre de alta pureza producido mediante el procedimiento de la reivindicación 14. 30.- El producto de cátodo de cobre de alta pureza de acuerdo con la reivindicación 29, el cual satisface las especificaciones para ASTM de grado 1. 31.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la mata de cobre es una mata de alto grado que contiene por lo menos 60% de Cu. 32.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, en donde la mata de cobre es una mata de alto grado que contiene por lo menos 60% de Cu.