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Procesamiento de minerales II Tratamento de minerais de ouro e prata Maria Luiza Souza Montevideo 16-20 Setembro 2013 1 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA –

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1 Procesamiento de minerales II Tratamento de minerais de ouro e prata Maria Luiza Souza Montevideo Setembro UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

2 Capítulo 4 – Recuperação do ouro Neste capítulo serão explicados os seguintes tópicos: 1.Processo de precipitação do ouro com zinco em pó; 2.Processo de concentração e purificação de polpas contendo ouro em carvão ativado; 3. Eletro-produção de ouro; 2 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

3 Recuperação do ouro dissolvido na cianetação UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 3 Trataremos apenas da recuperação do ouro dissolvido na cianetação. Isto porque a solubilização do ouro por meio de outros solventes, tais como a tiouréia, tiossulfatos e outros, embora tecnicamente viáveis, não encontrou aplicações de vulto em escala industrial. A recuperação será aqui entendida como um processo que remove o íon Au +1 que está dissolvido em uma solução e o transforma novamente em Au o, na forma sólida. Assim, a recuperação do ouro de lixívias ricas, com ou sem um estágio intermediário de concentração ou purificação é obtido via processos de redução, sendo que e os principais utilizados industrialmente são os seguintes. - Precipitação (ou cementação) com pó de zinco para o tratamento de soluções clarificadas, que é um processo de redução puramente químico; também chamado de Processo Merrill-Crowe. - Eletro-produção ou eletro-recuperação, que é um processo de redução via eletrólise.

4 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 4 Introduzido comercialmente em 1890 para a recuperação do ouro de soluções cianetadas, tornou-se rapidamente o preferido na mineração. O processo compreende as etapas principais listadas abaixo. 1. Clarificação da solução (ou polpa) cianetada. 2. Desaeração da solução clarificada. 3. Precipitação do Au +1 (aq) sobre o Zn o em pó. 4. Filtração do cemento de Zn o /Au o.

5 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 5 A cementação é um processo eletroquímico de oxi-redução, de cinética elevada. Uma representação esquemática do processo está mostrada na figura abaixo. A reação química global pode ser representada por: 2[Au(CN) 2 ] - + Zn o = 2Au o + [Zn(CN) 4 ] 2-

6 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 6 A reação química global pode ser representada por: + Zn o = 2Au o + [Zn(CN) 4 ] 2- Na realidade, a reação global é o resultado das seguintes reações parciais: Reação catódica: 2[Au(CN) 2 ] - + 2e - = 2Au o + 4CN - ocorre a redução do ouro Reação anódica: 4CN - + Zn o = [Zn(CN) 4 ] e - ocorre a oxidação do zinco Em soluções muito alcalinas e oxidantes, podem ocorrer as reações paralelas. Dentre elas, a mais indesejável é a reação de formação do hidróxido de zinco sólido, pois este composto recobre as partículas de zinco (é um isolante) causando sua passivação e inibindo a precipitação do ouro: Zn o + 2OH - = Zn(OH) 2(s) + 2e - A adição de uma pequena quantidade de sal de chumbo (nitrato ou acetato) pode minimizar a formação do hidróxido de zinco sólido - Zn(OH) 2(s).

7 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 7

8 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 8 Os seguintes procedimentos devem ser observados para uma efetiva precipitação do ouro com pó de zinco. 1- A solução alimentada na cementação deve ter menos de 5 ppm de sólidos em suspensão. Para tanto, deve passar por um processo de separação sólido/líquido rigoroso, incluindo ao final uma etapa de filtração (filtro prensa ou filtro a vácuo, com meio filtrante adequado). 2- A mesma solução, após ser filtrada, deve passar por uma etapa de desaeração, de forma a conter entre 0,5 – 0,9 ppm de oxigênio dissolvido. Isto ocorre mediante a aplicação de vácuo em uma torre de desaeração. 3- O pó de zinco deve ter uma granulometria adequada, que também é função do equipamento de filtração disponível para a precipitação. Valor típico para a distribuição granulométrica do pó de zinco disponível comercialmente é 100% - 80 micra. O zinco deve ser puro e não pode estar oxidado superficialmente. 4- A faixa de pH ideal é de 10,5 a 11,5. Controlado pela adição de NaOH ou cal hidratada.

9 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 9 5- A concentração de cianeto livre no licor clarificado deve ser mantida entre 150 e 300 mg/L. Altas concentrações de cianeto afetam o potencial redox tanto da reação catódica quanto da reação anódica. Por outro lado, valores muito baixos de cianeto livre favorecem a formação de hidróxido de zinco sólido - Zn(OH) 2(s). 6- Quando necessário, pode ser adicionado uma quantidade adequada de sal de chumbo, na faixa de 3 a 14 g por metro cúbico de solução tratada. A presença de outros elementos dissolvidos na solução também impacta a recuperação do ouro via processo Merrill-Crowe. Alguns efeitos relevantes são os seguintes. 1- Evitar concentrações de chumbo dissolvido acima de 60 a 100 mg/L, no caso de licores contendo de 1 a 10 mg Au/L, pois corre um grande recobrimento das partículas de zinco pelas de chumbo. 2- Um aspecto positivo do chumbo é que ele reage com íons sulfetos (S 2- ) em solução formando PbS (s) e evitando a formação de uma camada indesejada de ZnS(s) em volta das partículas de zinco.

10 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL A concentração de cianeto livre no licor clarificado deve ser mantida entre 150 e 300 mg/L. Altas concentrações de cianeto afetam o potencial redox tanto da reação catódica quanto da reação anódica. Por outro lado, valores muito baixos de cianeto livre favorecem a formação de hidróxido de zinco sólido - Zn(OH) 2(s). 4- Quando necessário, pode ser adicionado uma quantidade adequada de sal de chumbo, na faixa de 3 a 14 g por metro cúbico de solução tratada. 5- A existência de pequenas quantidades de outros cátions divalentes em solução, tais como Hg, Bi, Cd e Cu, tem efeito positivo, pois os mesmos também inibem a formação de hidróxido de zinco sólido - Zn(OH) 2(s). 6- No que se refere à matéria orgânica, há indicação de que espécies tais como ácidos húmicos e fúlvicos, que ocorrem na natureza junto com alguns minérios, além de reagentes modificadores de superfície – coletores e espumantes de flotação, óleos e outros fluidos oriundos de equipamentos de processo – têm efeito negativo sobre a cementação. O impacto principal seria o recobrimento e a aglomeração das partículas de zinco, dificultando a filtração final. Observar que o impacto da matéria orgânica é muito menor na cementação do que no de adsorção em carvão ativado.

11 Precipitação com zinco em pó UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 11

12 Adsorção em carvão ativado UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 12 Em sentido rigoroso, o processo de adsorção do ouro cianetado no carvão ativado não é um processo de recuperação do ouro metálico, mas é um dos processo usados para a concentração e purificação da lixívia rica em ouro. Carvão ativado é um nome genérico dado a uma grande quantidade de materiais amorfos com elevada superfície específica (de até 1200 m 2 /g), devido a altíssima quantidade de poros em sua estrutura interna. O material é utilizado em uma grande variedade de processos envolvendo separação e concentração de gases e líquidos, tanto orgânicos como inorgânicos. A matéria-prima empregada na fabricação do carvão ativado influencia na sua aplicação final. O carvão ativado feito com cascas de cocos são os mais usados na metalurgia do ouro. As duas etapas principais do processo de fabricação do carvão ativado são as seguintes: - Carbonização: aquecimento na faixa de o C, em atmosfera inerte; Ativação: aquecimento na faixa de o C, em atmosfera de vapor dágua, CO 2 ou misturas destes gases com ar.

13 Adsorção em carvão ativado UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 13 Fatores que afetam a adsorção do ouro no carvão ativado 1- tipo de matéria-prima carbonosa casca de coco, sem cantos vivos. 2- granulometria do carvão ativado entre 1,0-3,3 mm e 1,2-2,4 mm. 3- eficiência da mistura de polpa manter a polpa homogênea. 4- densidade de polpa a menor possível. 5- temperatura reação de adsorção é exotérmica. 6- concentração de ouro na polpa carregamentos usuais entre 5-10 kg| Au /t| CA. 7- concentração de cianeto livre na polpa depende, é função de diversos fatores. 8- concentração de oxigênio dissolvido a maior possível. 9- pH tem pouca influencia, manter entre 9,5 – presença de outros complexos metálicos Ag, Cu, Ni, Zn, Fe, Hg, etc. Felizmente, à exceção do Hg, o carvão ativado é mais seletivo em relação ao Au e ao Ag do que aos demais metais. A seqüência de preferência de adsorção dos cianocomplexos usualmente encontrados na extração de ouro é: [Au(CN) 2 ] - > Hg(CN) 2 > [Ag(CN) 2 ] - > *[Cu(CN) 3 ] 2- > [Zn(CN) 4 ] 2- > [Ni(CN) 4 ] 2- > [Fe(CN) 6 ] 4- * É considerado antieconômico o processamento de licores cianetados contendo acima de 1 g| Cu /L| solução.

14 Adsorção em carvão ativado UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 14 Prática industrial Os processos à base de carvão ativado usualmente empregados na indústria para a concentração do ouro e da prata a partir de polpas (ou soluções) cianetadas comportam três etapas distintas. 1- Carregamento: ocorre a adsorção dos cianocomplexos [Au(CN) 2 ] - e [Ag(CN) 2 ] - sobre os poros do carvão ativado. São empregados três métodos diferentes. 2- Eluição: ocorre a dessorção do metal precioso. Isto é, os cianocomplexos de [Au(CN) 2 ] - e [Ag(CN) 2 ] - são transferidos da fase carvão ativado para uma solução limpa e concentrada de cianeto de sódio (chamada de solução de eluição). São empregados muitos métodos distintos, mas o mais usado é o processo AARL. 3- Recuperação do ouro e da prata no estado sólido: via processo eletrolítico (célula de Zadra) ou via processo cementação com zinco em pó. 4- Regeneração do carvão ativado.

15 Adsorção em carvão ativado UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 15 Atualmente, os seguintes processos de adsorção em carvão ativado são empregados na indústria para a concentração de ouro e prata a partir de polpas (ou soluções) cianetadas: – CIP: Carvão em Polpa – CIL: Carvão em Lixiviação – CIC: Carvão em Coluna No caso do carvão ativado ser substituído por resinas orgânicas, os processos correspondentes são: – RIP: Resina em Polpa – RIL: Resina em Lixiviação – RIC: Resina em Coluna * São poucos os processos descritos na literatura sobre a utilização de resinas para a adsorção de ouro. Exemplos são: as usinas de Golden Jubilee* (África do Sul) e a de Muruntau (Uzbequistão).

16 Adsorção em carvão ativado-CIP UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 16 A figura abaixo mostra um fluxograma típico de uma usina com método de carvão em polpa (CIP) para o carregamento do ouro cianetado. Circuito ou cascata de lixiviação Circuito de dessorção Circuito de adsorção CIP Circuito de regeneração do carvão ativado

17 Adsorção em carvão ativado-CIL UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 17 A figura abaixo mostra um fluxograma típico de uma usina com método de carvão em lixívia (CIL) onde a cianetação do ouro e o carregamento deste no carvão ativado é um processo quase simultâneo. Usado para minérios do tipo preg-robbing. Alimentação*

18 Adsorção em carvão ativado-CIC UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 18 A figura abaixo mostra uma representação esquemática de um sistema de adsorção com o método de carvão em coluna (CIC) tipo leito fluidizado múltiplo em cascata. Em geral, o processo CIC é o mais usado no tratamento de soluções ricas provenientes de lixiviação em pilhas.

19 Adsorção em carvão ativado - CIP x CIL UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 19 Vantagens e desvantagens - CIL apresenta as vantagens de menor custo de capital e melhor desempenho no caso minerais contendo substâncias capazes de adsorver o ouro da polpa de cianetação. Tais constituintes (preg-robbers), em geral matéria carbonosa, competem com o carvão pelo ouro dissolvido na polpa, razão pela qual é desejável a introdução de carvão nos estágios iniciais da cianetação. Na prática industrial é comum a operação com 1 ou 2 tanques apenas de cianetação, seguidos de vários estágios de adsorção/dessorção. Em contrapartida, o CIL apresenta as seguintes desvantagens inerentes quando comparado ao CIP: -implica em maior inventário de carvão no sistema; -Ocorre um maior perda de ouro nos finos de carvão, decorrente do maior tempo de residência do carvão no circuito; -Há uma menor concentração de ouro na polpa, implicando em menor carregamento de Au no carvão. Assim, o processo requer uma maior transferência de carvão e, conseqüentemente, maiores unidades de eluição e regeneração térmica de carvão. Em geral, o CIL só se justifica em minérios preg-robbing ou naqueles em que a cinética de cianetação é rápida.

20 Adsorção em carvão ativado - eluição UDELAR – URUGUAY UFRGS – DEMIN - BRASIL 20


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