Aplicaciones del ozono en la industria minera

El ozono, un potente oxidante respetuoso con el medio ambiente, se utiliza cada vez más en la industria minera para abordar los desafíos ambientales, mejorar la eficiencia de los procesos y garantizar el cumplimiento normativo. Desde el tratamiento de aguas residuales hasta la destrucción del cianuro y la oxidación de metales pesados, el ozono ofrece una solución sostenible para las operaciones mineras. En Oxidation Technologies, proporcionamos sistemas de ozono personalizados según las necesidades específicas de las instalaciones mineras, que ofrecen resultados fiables y rentables.

Aplicaciones del ozono en la minería:

- Tratamiento de aguas residuales: Las operaciones mineras generan aguas residuales que contienen contaminantes como amoníaco, nitratos y compuestos orgánicos. El ozono oxida eficazmente estos contaminantes, reduce los niveles de amoníaco, descompone la materia orgánica y mejora la calidad del agua para su reutilización o vertido seguro. Su alto potencial de oxidación garantiza el cumplimiento de las estrictas normativas ambientales.

- Destrucción del cianuro: El cianuro se utiliza habitualmente en la extracción de oro y plata, pero supone importantes riesgos ambientales. El ozono oxida rápidamente los compuestos de cianuro libres y complejados (p. ej., cianuro de sodio) y los convierte en subproductos menos tóxicos, como cianato o dióxido de carbono y nitrógeno, lo que permite su eliminación segura o tratamiento adicional.

- Oxidación de metales pesados: El ozono oxida metales pesados como el hierro, el manganeso y el arsénico, convirtiéndolos en formas insolubles (p. ej., hidróxido férrico) que se pueden filtrar o precipitar fácilmente. Este proceso reduce las concentraciones de metales en los relaves y las aguas residuales, mitigando la contaminación ambiental.

- Remediación de estanques de relaves: El ozono trata el agua de los estanques de relaves al reducir la demanda química de oxígeno (DQO), neutralizar los compuestos tóxicos y controlar el crecimiento microbiano. Esto mejora la calidad del agua, minimiza los olores y favorece los esfuerzos de rehabilitación de los terrenos mineros.

- Tratamiento del drenaje ácido de mina (DAM): El ozono puede utilizarse en procesos de oxidación avanzada (POA) para tratar el drenaje ácido de mina, neutralizando el agua ácida, oxidando los metales disueltos y reduciendo las concentraciones de sulfato, con lo que se previenen daños ambientales a los ecosistemas circundantes.

Ventajas del ozono en la minería:

- Sostenibilidad ambiental: El ozono se descompone en oxígeno, sin dejar residuos nocivos, lo que lo convierte en una alternativa ecológica a los tratamientos químicos tradicionales.

- Cumplimiento normativo: El ozono garantiza que las operaciones mineras cumplan las estrictas normas ambientales para el vertido de aguas residuales y la gestión del cianuro, reduciendo el riesgo de multas o paralizaciones operativas.

- Rentabilidad: Al reducir la necesidad de reactivos químicos y permitir la reutilización del agua, el ozono disminuye los costos operativos y mejora la eficiencia de los procesos.

- Versatilidad: Los sistemas de ozono se pueden integrar en la infraestructura minera existente para tratar una amplia variedad de contaminantes en un solo proceso.

- Seguridad: La generación de ozono in situ elimina la necesidad de almacenar productos químicos peligrosos, mejora la seguridad de los trabajadores y reduce los riesgos del transporte.

Aplicaciones específicas del ozono en la minería:

Minería de oro y plata:

El ozono se utiliza en la minería de oro y plata principalmente para mejorar la recuperación de oro de minerales refractarios y gestionar el cianuro en las aguas residuales, ofreciendo beneficios tanto económicos como ambientales. A continuación se presenta un resumen de sus aplicaciones:

Pretratamiento de minerales refractarios:

En los minerales refractarios de oro y plata, donde el oro o la plata están atrapados en minerales de sulfuro como la pirita o la arsenopirita, el ozono actúa como un potente agente oxidante. Descompone la matriz mineral y libera el oro para su cianuración posterior. Por ejemplo, el pretratamiento con ozono de un concentrado de arsenopirita-pirita en un medio ácido (pH 1-2) puede aumentar la recuperación de oro del 9% al 23%-55%, según condiciones como el pH y el tiempo de ozonización. Este proceso oxida los sulfuros y destruye parcialmente el material carbonoso que adsorbe oro, que de otro modo adsorbería el oro durante la lixiviación.

Destrucción y reciclaje del cianuro:

El cianuro se utiliza ampliamente en la extracción de oro, pero conlleva riesgos ambientales. El ozono oxida el cianuro presente en los relaves y las aguas residuales, convirtiéndolo en cianato menos tóxico y, posteriormente, en bicarbonato y nitrógeno, lo que permite su vertido seguro o reciclaje. Este proceso suele reducir en un 99% el cianuro libre y el cianuro disociable en ácido débil (WAD) con una dosis de ozono de 2-3 g O₃/g CN WAD, y el tiocianato con 3-4 g O₃/g SCN. Esto permite utilizar directamente los relaves como relleno sin tratamiento adicional, reduciendo costos y mejorando la seguridad en comparación con oxidantes químicos como el peróxido de hidrógeno.

Mejora de la lixiviación en pilas:

En la lixiviación en pilas, especialmente en climas fríos, se utiliza hielo de ozono como reactivo para liberar oxígeno. Este aporta oxígeno disuelto a la solución de lixiviación y mejora la eficiencia de extracción del oro. A 5°C, aumentar el oxígeno disuelto de 8.2 mg/L a 12 mg/L con hielo de ozono duplicó la velocidad de lixiviación con una concentración de cianuro de 60 mg/L, solucionando la deficiencia de oxígeno en las pilas de mineral de baja ley.

Minería de níquel y cobalto:

La aplicación del ozono en la minería de níquel y cobalto se centra principalmente en la gestión ambiental y la recuperación de metales, aprovechando sus potentes propiedades oxidantes. Aunque está menos documentada que en la minería del oro o la plata, el ozono desempeña un papel en procesos específicos, sobre todo en el tratamiento de aguas residuales, la separación de metales y la remediación. A continuación se ofrece un análisis detallado:

Recuperación de níquel mediante oxidación:

- El ozono se utiliza para recuperar níquel de soluciones diluidas de sulfato, como las generadas por la lixiviación de minerales lateríticos de níquel o de lodos que contienen níquel. En un reactor de columna de burbujas semicontinuo, el ozono oxida el níquel (II) para formar hidróxido de níquel (II) (Ni(OH)₂), que posteriormente se oxida a oxihidróxido de β-níquel (β-NiOOH). Este proceso requiere un pH mínimo de alrededor de 6.8 para iniciar la formación de Ni(OH)₂. El β-NiOOH resultante puede precipitarse y recuperarse, lo que ofrece un método para extraer níquel de corrientes de baja concentración. Sin embargo, el consumo de ozono suele superar la cantidad estequiométrica debido a las reacciones secundarias con la base añadida para mantener el pH, lo que puede aumentar los costos operativos.

Separación del cobalto del níquel:

- En soluciones mixtas de sulfato de níquel y cobalto, el ozono oxida selectivamente el cobalto (Co(II)) frente al níquel (Ni(II)) debido a las diferencias en las velocidades de oxidación. A pH 2.5–5.0 y 60°C, el cobalto se oxida mucho más rápido que el níquel, lo que permite una separación eficaz. Este proceso se ve favorecido por una agitación intensa y sigue una cinética de primer orden con respecto a la presión parcial de ozono. La capacidad de separar estos metales es crucial en la minería del níquel, ya que el cobalto suele ser un coproducto de los minerales de níquel (p. ej., lateritas), y su recuperación selectiva mejora la pureza de los productos de níquel destinados a aplicaciones como la fabricación de baterías.

Tratamiento de aguas residuales y eliminación de contaminantes:

- La minería de níquel y cobalto, especialmente en yacimientos lateríticos, genera cantidades importantes de aguas residuales con metales pesados, sulfatos y residuos orgánicos de procesos hidrometalúrgicos como la lixiviación ácida a alta presión (HPAL). El ozono puede oxidar estos contaminantes, convirtiendo metales como el manganeso o el hierro en formas menos solubles (p. ej., MnO₂) para su eliminación y descomponiendo los ácidos orgánicos utilizados en la biolixiviación. Aunque los datos específicos sobre las aguas residuales de la minería del níquel son limitados, la capacidad demostrada del ozono para eliminar el 99% del cianuro en la minería del oro con una dosis de 2-3 g O₃/g CN sugiere que también podría tratar los efluentes de la minería del níquel, permitiendo reutilizar el agua o verterla de forma segura.

Remediación ambiental:

- La minería del níquel, especialmente en regiones ecuatoriales como Indonesia, provoca importantes daños ambientales, entre ellos la deforestación y las emisiones de carbono de la biomasa, que pueden ser entre 4 y 500 veces superiores a lo indicado en informes anteriores. El ozono puede aplicarse en la remediación de suelos y relaves para oxidar metaloides y contaminantes orgánicos, reduciendo su biodisponibilidad. Por ejemplo, en contextos como la minería del oro, el ozono oxida el arsénico de los relaves; un enfoque similar podría mitigar el impacto de los relaves de la minería del níquel, que a menudo contienen metales residuales y contribuyen a la contaminación del agua, una preocupación importante en materia de ESG en el sector.

Minería y refinación del cobre:

Mejora de la lixiviación:

- En la minería del cobre, especialmente con minerales sulfurados de baja ley (p. ej., calcopirita, CuFeS₂), se puede utilizar ozono como oxidante para mejorar la lixiviación en procesos hidrometalúrgicos. El ozono oxida los minerales sulfurados, convirtiendo CuFeS₂ en Cu²⁺ y Fe³⁺, que posteriormente se pueden lixiviar con ácido sulfúrico. Los estudios muestran que la lixiviación asistida por ozono puede aumentar la recuperación de cobre entre un 10-15% en comparación con los métodos tradicionales, sobre todo en sistemas de biolixiviación donde el ozono aumenta los niveles de oxígeno disuelto.

Tratamiento de aguas residuales:

- La minería del cobre genera aguas residuales con altas concentraciones de cobre, hierro y sulfatos. El ozono oxida estos metales y los convierte en formas menos solubles (p. ej., Fe²⁺ a Fe³⁺, formando Fe(OH)₃ para su eliminación) y degrada los residuos orgánicos de los reactivos de flotación. Al igual que en la minería del oro, donde el ozono elimina el 99% del cianuro (2-3 g O₃/g CN), puede reducir la toxicidad de los efluentes de la minería del cobre y permitir la reutilización del agua.

Nota ambiental:

- La minería del cobre también contribuye al agotamiento del ozono atmosférico mediante reacciones catalizadas por cobre, como se señala en estudios sobre química estratosférica. Aunque esto no está relacionado con el uso del ozono en la minería, pone de relieve la necesidad de una gestión ambiental cuidadosa.

Minería y refinación del zinc:

Oxidación de sulfuros:

- El zinc suele extraerse de minerales sulfurados como la esfalerita (ZnS). El ozono puede pretratar estos minerales oxidando los sulfuros a sulfatos, lo que mejora la recuperación de zinc durante la lixiviación. Por ejemplo, el ozono puede oxidar ZnS a ZnSO₄ y aumentar la eficiencia de extracción del zinc entre un 8-12% en condiciones de lixiviación ácida (pH 1-2), de forma similar a su función en los minerales sulfurados de oro.

Tratamiento de aguas residuales:

- Las aguas residuales de la minería del zinc contienen zinc, plomo y cadmio. El ozono oxida estos metales y los convierte en formas insolubles (p. ej., Zn²⁺ a Zn(OH)₂) para su eliminación, además de descomponer los agentes orgánicos de flotación. En aplicaciones análogas de minería del oro, el ozono logra eliminar rápidamente los contaminantes (10-30 minutos), lo que sugiere una eficacia similar para los efluentes de zinc.

Minería y refinación del plomo:

Pretratamiento de sulfuros:

- El plomo se extrae principalmente de la galena (PbS). El ozono puede oxidar PbS a PbSO₄, lo que mejora la recuperación del plomo mediante lixiviación hidrometalúrgica. Este proceso es similar a la oxidación de sulfuros en la minería del oro, donde el ozono aumenta la recuperación al descomponer matrices refractarias.

Tratamiento de aguas residuales:

- La minería del plomo produce efluentes con altas concentraciones de plomo y sulfatos. El ozono oxida el plomo (Pb²⁺) a formas menos solubles para su precipitación y elimina los residuos orgánicos, lo que permite su vertido seguro o reutilización. En la minería del oro, el ozono elimina metales tóxicos como el arsénico (89-100%); un enfoque similar podría mitigar el impacto ambiental del plomo, especialmente en regiones como Misuri, un importante productor de plomo.

Minería y refinación del uranio:

Mejora de la lixiviación:

- En la minería del uranio, se puede utilizar ozono como oxidante en la lixiviación ácida o alcalina para convertir uranio (IV) en uranio (VI), formando iones uranilo solubles (UO₂²⁺). Por ejemplo, en la lixiviación con ácido sulfúrico de minerales de uranio, el ozono aumenta el oxígeno disuelto y mejora la oxidación de UO₂ a UO₂SO₄, incrementando la recuperación entre un 5-10% en comparación con oxidantes tradicionales como el dióxido de manganeso.

Gestión de residuos radiactivos:

- La minería del uranio genera relaves radiactivos que contienen torio y radio. El ozono puede oxidar estos elementos y convertirlos en formas menos móviles (p. ej., Th⁴⁺ a Th(OH)₄), lo que facilita su contención, aunque esta aplicación es especulativa y requiere condiciones específicas (probablemente un pH ácido, como en la minería del oro).

Tratamiento de aguas residuales:

- El ozono trata las aguas residuales de la minería del uranio oxidando los metales pesados y degradando los residuos orgánicos, lo que permite un vertido seguro. Su acción rápida (10-30 minutos) es similar a la eliminación del cianuro en la minería del oro.

Artículos técnicos y estudios de caso:

A continuación se presentan estudios de caso e investigaciones específicos que muestran el uso del ozono en la industria minera.

Pretratamiento con ozono para recuperar oro y plata de minerales refractarios

Resumen

En este trabajo se estudió la ozonización como pretratamiento de dos minerales refractarios mexicanos para aumentar la extracción de oro y plata. Se estudiaron dos métodos de contacto del ozono con el mineral (indirecto y directo). El método indirecto no modificó la recuperación de metales preciosos de la muestra mineral A, pero aumentó la de la muestra B (del 53 al 88% para el oro y del 26 al 78% para la plata). El pretratamiento directo, probado únicamente con el mineral A, no afectó la recuperación de oro y plata, pero redujo el tiempo de extracción de 40 a 24 horas para lograr la recuperación máxima de metales.

Lea el estudio completo aquí.

Uso del ozono para la extracción de oro de un concentrado altamente refractario

Resumen

Por lo general, los metales preciosos se recuperan de sus minerales mediante lixiviación con cianuro. Cuando el oro o la plata quedan atrapados en la matriz mineral, no se recuperan y el mineral se clasifica como refractario a la cianuración. Se evaluó la ozonización en medio ácido de un concentrado de oro altamente refractario de arsenopirita y pirita (110 g Au/t) como tratamiento previo a la cianuración. Mientras que la cianuración convencional de este concentrado recupera solo el 9% del oro, el pretratamiento con ozono antes de la cianuración aumenta la recuperación de oro al 23%. El resto del oro está en solución sólida con la matriz. Aunque este aumento de la extracción de oro no es suficiente para procesar económicamente este concentrado específico, demuestra que el oro atrapado en la pirita o la arsenopirita podría recuperarse mediante la ozonización del mineral antes de la cianuración.

Lea el estudio completo aquí.

Pretratamiento por ozonización de minerales piríticos de oro y plata

Resumen

El uso del ozono para la oxidación de aguas residuales de cianuración se estudia desde la década de 1950. En las últimas dos décadas, se ha estudiado el uso del ozono para oxidar minerales sulfurados. Este informe presenta algunos de los resultados obtenidos sobre el uso del ozono para oxidar minerales sin tratar que contienen oro y plata, así como para tratar los relaves o residuos del proceso de cianuración. Los resultados muestran que el tratamiento de oxidación con ozono antes de la cianuración puede ayudar a optimizar este proceso, principalmente reduciendo el consumo de cianuro.

Lea el estudio completo aquí.

Pretratamiento de minerales refractarios de oro mediante ozonización antes del proceso de cianuración

Resumen

El pretratamiento de los minerales de oro antes de la cianuración es un problema complejo, debido a la enorme cantidad anual de minerales refractarios de oro que se desperdicia en el mundo. Por lo general, la lixiviación de oro mediante cianuración sin preoxidación produce una extracción inferior al 90%. En las últimas décadas se han utilizado diversos métodos de tratamiento y pretratamiento para aumentar la recuperación de minerales refractarios de oro. En este artículo se revisan las ventajas y desventajas de distintas técnicas en comparación con la ozonización. El ozono se utiliza para el pretratamiento de minerales en forma de hielo de ozono, agua saturada con ozono y burbujas de ozono. En la primera parte de este trabajo se analizaron la aplicación y la necesidad de pretratar con ozono el oro antes de la cianuración. En la siguiente parte se estudiaron los mecanismos y la cinética de la ozonización del oro para explicar los detalles de este proceso de preoxidación. La ozonización de minerales refractarios puede mejorar la extracción de oro mediante tratamiento directo u oxidación indirecta. Minimiza el atrapamiento del oro en minerales refractarios al crear las condiciones oxidantes necesarias para destruir los sulfuros. Por tanto, es una alternativa adecuada a las técnicas de pretratamiento convencionales. La disolución de sulfuros aumenta al incrementar la concentración de ozono en el gas portador, lo que aumenta la fuerza impulsora de la transferencia de ozono a la fase acuosa para la reacción. La alta eficiencia, el carácter respetuoso con el medio ambiente, el corto tiempo de procesamiento, la fácil producción de ozono, las fuertes condiciones oxidantes y los bajos costos de capital son características destacables del pretratamiento por ozonización. En trabajos anteriores se informó que la cinética de ozonización de la pirita y la arsenopirita sigue un control químico.

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Separación de níquel y cobalto mediante ozonización

Resumen

Se ha desarrollado un proceso que utiliza ozono para precipitar cobalto de licores de sulfato de níquel que contienen sulfato de amonio.  Los mejores resultados se obtuvieron utilizando carbonato de níquel para mantener el pH de la solución entre 5.0 y 5.5.  El trabajo se realizó tanto en reactores de columna como en reactores de tanque agitado.  Entre las variables estudiadas se incluyeron el tipo y la concentración de neutralizante, la concentración de NH4+, la temperatura, las concentraciones de Ni++ y Co++, el porcentaje de ozono en el gas portador de oxígeno, la velocidad de entrada de ozono y la agitación.  La velocidad global de eliminación del cobalto aumentó notablemente al aumentar la agitación y la concentración de ozono en la fase gaseosa, lo que refleja la transferencia relativamente lenta del ozono de la fase gaseosa a la líquida.

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Estudio cinético de la precipitación de manganeso de una solución de lixiviación de laterita de níquel mediante oxidación con ozono

Resumen

El aumento del consumo de níquel y cobalto fomenta la exploración de distintos recursos. La exploración de minerales limoníticos se realiza mediante la vía hidrometalúrgica. Tras separar el níquel y el cobalto, la solución restante contiene manganeso que debe recuperarse. El presente estudio tuvo como objetivo modelar la cinética de precipitación del manganeso mediante ozonización. Los experimentos se realizaron en un reactor de 250 mL que contenía una solución sintética sulfatada de 8 metales, alimentada con una mezcla de ozono y oxígeno mediante un difusor de burbujas a 21.6–26.0 mg.L⁻¹.min⁻¹, hasta alcanzar un total de 2186 mg.L⁻¹ durante 90 min. Se estudiaron los efectos del caudal de oxígeno (0.8–10 L.L⁻¹.min⁻¹) y del pH (0.5–1.5), variando las dosis de ozono y el tiempo. El modelado cinético se realizó utilizando los órdenes lineal, de Higbie y seudohomogéneo. Los resultados mostraron que el caudal de oxígeno óptimo para MnO₂ fue de 2.0 L.L⁻¹.min⁻¹, con una eficiencia del 97% tras dosificar 24.3 mg.L⁻¹.min⁻¹ de O₃ o 2186 mg.L⁻¹ (ozono aplicado) durante 90 min a pH 1.5 y con un consumo energético de 80 W.L⁻¹. La reacción fue más selectiva a pH 0.5, donde se obtuvo la mayor precipitación de manganeso (55.4%) y una menor cantidad de contaminantes en la fase sólida. El estudio del modelo cinético demostró que la precipitación de manganeso con ozono se ajustaba mejor al modelo seudohomogéneo, lo que sugiere que el proceso está controlado por la transferencia de masa. Las constantes de velocidad calculadas fueron de 0.035, 0.033 y 0.042 min⁻¹ para los experimentos realizados a pH 0.5, 1.0 y 1.5, respectivamente.

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Recuperación de níquel de una solución mediante oxidación con ozono

Resumen

Se estudió un proceso que utiliza ozono para oxidar/precipitar níquel de soluciones de sulfato como opción de recuperación a partir de corrientes diluidas, utilizando un reactor de columna de burbujas semicontinuo. Los resultados demostraron que se requiere un pH mínimo (≈6.8) para que se produzca la reacción, aparentemente porque el primer paso es la formación de hidróxido de níquel (II), que luego se oxida para producir β-NiOOH (oxihidróxido de níquel). Se propone la secuencia de reacciones. El consumo de ozono supera el valor estequiométrico, posiblemente debido a reacciones secundarias con la base añadida para mantener el pH. Se determinaron algunas características físicas del NiOOH —distribución del tamaño de partículas, morfología, densidad y sedimentabilidad— y se compararon con las del Ni(OH)₂.

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Intensificación de la lixiviación de cobre con ácido sulfúrico de concentrados de sulfuros mediante ozono e iones de hierro

Resumen

Se realizaron estudios para establecer las pautas de disolución de sulfuros metálicos con ácido sulfúrico en presencia de agentes oxidantes respetuosos con el medio ambiente, ozono e iones de hierro(III); determinar los parámetros y las condiciones para intensificar la extracción de metales en solución; reducir el consumo de agentes oxidantes; y desarrollar métodos de extracción de metales no ferrosos de minerales sulfurados, concentrados y residuos industriales que sean menos perjudiciales para el medio ambiente y más rentables. Para el estudio se utilizó un concentrado de sulfuro de cobre con un tamaño de grano de 0.074 mm (90%) y un contenido de cobre del 24.5%, obtenido mediante la concentración por flotación de mineral del yacimiento de Udokan, así como ozono con una concentración de 80–180 mg/L en una mezcla con oxígeno. El concentrado se introduce en un reactor agitado a una velocidad de 1–5 mL/s. Se estudiaron las pautas dentro del intervalo de concentración de ácido sulfúrico de 20–100 g/L y de concentración de iones Fe(III) de 7.8–29.2 g/L, con una relación entre la fase sólida y la fase líquida de 1.1–1.5 y a una temperatura de 18–60°C. Se estableció que el uso de iones Fe(III) y ozono puede intensificar considerablemente la recuperación de cobre de sulfuros en soluciones de ácido sulfúrico. La extracción de cobre de los sulfuros aumenta en proporción al incremento de 2.4 veces en la concentración de Fe(III), de 7.8 a 29.25 g/L. El ozono oxida eficazmente el Fe(II) y regenera el agente oxidante, los iones Fe(III). Al aumentar la temperatura y la concentración de hierro, aumenta el consumo de ozono para la oxidación; concretamente, se consumen 0.22 mol de O₃ por cada 1 mol de Fe, una cantidad superior al valor teórico de 0.17. Se logra aumentar la velocidad de extracción de cobre de sulfuros asistida por ozono elevando la temperatura de 20 a 50°C (1.4 veces), la concentración de ozono de 85 a 180 mg/L (3 veces), el caudal de alimentación de la mezcla gaseosa de ozono y oxígeno de 1 a 5 mL/s (2.7 veces a 20°C y 3.9 veces a 50°C) y añadiendo iones Fe(III), aproximadamente 1.5 veces a 50°C y [Fe(III)] = 10 g/L. La mayor actividad oxidante en la solución de ácido sulfúrico la proporcionan los productos de descomposición del ozono a una temperatura de 50°C, cuando la solubilidad del ozono disminuye. El coeficiente de utilización del ozono y la tasa de consumo específico de ozono por el cobre extraído disminuyen al aumentar el caudal de alimentación de la mezcla gaseosa de ozono y oxígeno de 1 a 5 mL/s: 1.42 veces a 20°C y 1.16 veces a 50°C. Aumentan con el incremento de la temperatura y la concentración de Fe(III), debido a la rápida descomposición del ozono y a su uso improductivo en la oxidación del hierro.

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Eliminación de impurezas de metales escasos y dispersos en solución de sulfato de zinc mediante oxidación con ozono

Resumen

En los yacimientos de plomo y zinc de China abundan los recursos estratégicos de metales escasos y dispersos, especialmente los recursos de zinc de la provincia de Yunnan, asociados con indio (In), selenio (Se), telurio (Te), etc. Pequeñas cantidades de estos iones metálicos escasos y dispersos se disuelven en las soluciones ácidas de lixiviación del zinc y son difíciles de eliminar mediante el reemplazo convencional con polvo de zinc. Se acumulan en la solución de ZnSO4 y provocan graves problemas en el proceso de electroobtención de zinc, como la generación de hidrógeno, la redisolución del zinc, la combustión de placas y la baja eficiencia de corriente, entre otros. Por ello, es necesario purificarlos en profundidad de la solución de ZnSO4. En este artículo se utilizó ozono, un potente agente oxidante, para precipitar por oxidación las impurezas de la solución de ZnSO4. Se investigaron los efectos de la temperatura de reacción, el caudal de ozono y el tiempo de residencia en la eliminación de In, Se y Te, así como la eliminación asociada de Mn y la pérdida de Zn. La cinética de la reacción de ozonización se evaluó representando el logaritmo negativo de la concentración de los metales en solución en función del tiempo de reacción. Uno de los precipitados preparados en condiciones optimizadas se caracterizó mediante XRD, EDS y SEM para identificar los compuestos químicos y la morfología.

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Lixiviación directa con ácido sulfúrico de concentrado de sulfuro de zinc usando ozono como oxidante a presión atmosférica

Resumen

Se investigó el uso del ozono como oxidante para la lixiviación directa de concentrado de sulfuro de zinc (esfalerita) en un medio de ácido sulfúrico a presión atmosférica. Se examinó la influencia de la concentración de ácido, el caudal de inyección del gas de alimentación, la distribución del tamaño de partículas, la velocidad de agitación, la temperatura y la densidad de la pulpa en la eficiencia de extracción del zinc. Los resultados experimentales mostraron que la eficiencia de lixiviación depende de todos estos parámetros operativos, excepto de la velocidad de agitación. Se observó que, con el método actual, es posible lograr la disolución prácticamente completa del zinc del concentrado en apenas unas siete horas bajo las siguientes condiciones: concentración de ácido sulfúrico de 2 mol/L, tamaño de partículas inferior a 74 µm, densidad de pulpa de 50 g/L, velocidad de agitación de 420 rpm y caudal de inyección del gas de alimentación de 1 L/min a temperatura ambiente. Los resultados experimentales sugieren que las reacciones de disolución producen azufre elemental independiente, que flota fácilmente y puede separarse sin dificultad, en lugar de formar una capa en la superficie de las partículas reaccionadas, como suele observarse en sistemas que utilizan sulfato férrico como agente oxidante. Por tanto, se determinó que el ozono disuelto desempeña un papel fundamental en la mejora de la velocidad de disolución del zinc del concentrado. El análisis de la cinética de lixiviación indica que la velocidad sigue el modelo de partícula decreciente y que la velocidad global de disolución del zinc está controlada por una reacción superficial.

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Eficacia de la aplicación de ozono para extraer metales de materias primas minerales

Resumen

Se resumen los resultados de estudios sobre el uso del ozono para extraer metales no ferrosos, raros y nobles de minerales, concentrados de enriquecimiento y materias primas de origen tecnogénico, identificados en publicaciones científicas y literatura de patentes de todo el mundo desde comienzos del siglo XX. El ozono es un potente agente oxidante cuyo potencial de oxidación es 1.5 veces superior al del cloro en un medio ácido. En presencia de ozono se disuelven incluso metales y minerales resistentes. El uso de ozono para extraer metales de materias primas minerales no contamina los productos procesados ni genera residuos peligrosos. Se presentan numerosos estudios sobre el uso del ozono para disolver oro y otros metales nobles en ácidos minerales, que muestran un aumento de la extracción de metales en solución. También se ha estudiado la lixiviación de oro con cianuro y tiocarbamida de materias primas minerales sustituyendo el oxígeno por ozono. Se presentan resultados de la lixiviación en cuba y en pilas de metales no ferrosos y nobles utilizando ozono obtenido mediante irradiación de aire u oxígeno con luz ultravioleta, en particular mediante tratamiento fotoelectroquímico, sobre cuya base se han patentado nuevas tecnologías. Se evalúa la eficacia de la aplicación de ozono para el enriquecimiento por flotación de materias primas minerales, la purificación y desintoxicación de soluciones y productos sólidos del procesamiento metalúrgico, la regeneración de otros agentes oxidantes y la extracción de metales de soluciones de proceso. Se resumen los resultados de estudios sobre el uso de ozono para la lixiviación en cuba de metales de minerales sulfurados refractarios y concentrados de enriquecimiento sulfurados en solución ácida, así como los estudios de la cinética de oxidación de minerales sulfurados de cobre, hierro, zinc y molibdeno en presencia de ozono. Se presentan y analizan los resultados del uso de ozono en combinación con otros agentes oxidantes —peróxido de hidrógeno e iones de hierro(III)— para extraer metales de materias primas minerales sulfuradas en una solución de ácido sulfúrico. Según los resultados de la mayoría de los estudios, se puede concluir que el uso de ozono es eficaz para extraer metales de materias primas minerales: mejoran los parámetros tecnológicos de los procesos (la extracción de metales en solución y la selectividad de extracción de metales de materias primas complejas) y se reduce la duración del procesamiento.

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Mejora de la lixiviación oxidativa con ácido sulfúrico de mineral de uranio de tipo granítico mediante nanoburbujas de oxígeno

Autores: Ting Li, Guangyue, Xiaohui Liu, Jing Sun, Qian Lu, Zhao Cui

Resumen

El desarrollo de tecnologías de lixiviación de uranio mejoradas, ecológicas y altamente eficientes es crucial para garantizar un suministro fiable de recursos de uranio. Este estudio integra la tecnología de nanoburbujas (NB) en el proceso de lixiviación ácida de mineral de uranio de tipo granítico, utilizando NB de oxígeno como oxidante eficaz y limpio para mejorar la lixiviación del uranio. Primero se validó teóricamente la viabilidad del uso de NB de oxígeno y, posteriormente, se llevaron a cabo experimentos por lotes para investigar la cinética y el mecanismo de mejora de la lixiviación. Los resultados demuestran que la lixiviación mejorada con NB de oxígeno sigue un modelo de núcleo decreciente dominado por la difusión a través de la capa de producto, con una energía de activación de Arrhenius de 8.37 kJ/mol. En condiciones óptimas (15 g/L H₂SO₄, 180 rpm, 5 % de densidad de pulpa y 30 °C), las NB de oxígeno aumentaron la eficiencia de lixiviación del uranio un 8.20 % en comparación con la lixiviación convencional con ácido sulfúrico. Tres mecanismos principales contribuyen a esta mejora: (i) oxidación eficaz de U(IV) a U(VI) mediante la disolución continua de oxígeno molecular y la generación de radicales hidroxilo; (ii) ampliación de las vías de lixiviación gracias a los efectos de microáreas de alta energía, que alteran aún más la estructura del mineral; y (iii) reducción de la inhibición de la lixiviación al evitar la deposición de precipitados de sulfato sobre las superficies minerales. Estos resultados destacan el potencial de la lixiviación oxidativa mejorada con NB de oxígeno para una extracción de uranio sostenible y rentable, y justifican estudios a escala piloto para su aplicación industrial.

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Lixiviación oxidativa de mineral de uranio de arenisca asistida por micro y nanoburbujas de ozono

Autores: Rui Zhang, Wei Hou, Eming Hu, Hongquiang Wang

Resumen

Se investigaron y evaluaron la eficiencia de oxidación y la velocidad de lixiviación de las micro y nanoburbujas de ozono (OMNB) sobre UO2 y mineral de uranio de arenisca mediante un experimento de oxidación por lotes del mineral de uranio de arenisca y un experimento de oxidación en flujo continuo de UO2. Las OMNB pueden acelerar la velocidad de lixiviación oxidativa. La oxidación depende principalmente de la oxidación por ozono. La oxidación del mineral de uranio de arenisca mediante OMNB resultó viable, y las OMNB podrían resolver problemas actuales de la práctica de producción. El experimento de flujo continuo verificó la viabilidad del experimento a gran escala y proporcionó un nuevo método para la lixiviación in situ de uranio con CO2 + O2 a presión normal en el futuro.

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