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Uso de resina de intercambio anionico para la recuperacion del complejo oro tiosulfato desde soluciones acuosas.

Use of Anion Exchange Resin for the Recovery of the Complex Gold Thiosulfate from Aqueous Solutions

INTRODUCCION

La mayoria de las plantas minero metalurgicas utilizan el proceso de cianuracion para la extraccion de oro, pero el principal problema es su alta toxicidad, por lo que en recientes anos, se han desarrollado metodos alternativos para ello, como es el caso del tiosulfato de amonio y tiourea, que son tan efectivos como el cianuro, pero que aun no han logrado aplicaciones industriales ya que presenta dificultades inherentes a la quimica de la solucion y los metodos para su recuperacion han limitado su progreso (Aylmore et al, 2001). Ademas, las disoluciones de lixiviacion han sido realizadas por Adsorcion en carbon activado, extraccion por solventes, precipitacion por el proceso Merrill-Crowe, electrodeposicion y resinas de intercambio ionico. Estudios recientes (Chaparro, 2008), demostraron la viabilidad de la extraccion del complejo oro tiosulfato, tratandolo con guanidina sobre una resina de intercambio anionica. Por otro lado, la lixiviacion de oro desde concentrados y/o minerales usando disoluciones de tiosulfato y amoniaco han sido estudiadas como alternativas al proceso de cianuracion. Sin embargo, uno de los problemas asociados al uso del tiosulfato es la recuperacion de oro desde las disoluciones obtenidas ya que son catalizadas por cobre y amoniaco, presentando un posible mecanismo de reaccion, como el observado en las ecuaciones 1 y 2.

Au + Cu[(N[H.sub.3]).sup.2.sub.4] + 4[S.sub.2][O.sup.2-.sub.3] [flecha diestra] Au[([S.sub.2][O.sub.3]).sup.3-.sub.2] + + Cu[([Ss.ub.2[O.sub.3]).sup.3-.sub.2] + 4N[H.sub.3] (1)

Cu [([S.sub.2][O.sub.3]).sup.3-.sub.2] + [O.sub.2] + 2[H.sub.2] O 6N[H.sub.3] [flecha diestra] 4 Cu[(N[H.sub.3]).sup.2+.sub.4] + 8[S.sub.2] [O.sup.2-.sub.3] + 4O[H.sup.-] (2)

Con respecto al uso de resinas para la recuperacion de oro desde disoluciones acuosas con tiosulfato y amoniaco, existen estudios en literatura (Molleman et al, 2002), donde utilizan resinas de base debil y la especie estable que se adsorbe es el complejo oro-tiosulfato, existiendo aniones en la disolucion acuosa, como sulfito, tritionato y tetrationato que son adsorbidos por la resina, provocando una disminucion en el complejo Au[([S.sub.2][O.sub.3]).sup.3-.sub.2]. Del mismo modo, en investigaciones realizadas (Aguayo, 2007) sobre la extraccion por solventes para Ag y Au en soluciones alcalinas provenientes de cianuracion, se utilizo como extractante LIX 79 en base guanidina e igualmente que AuRIX[R]100 en soluciones de tiosulfato y como diluyente keroseno, determinando que el complejo oro-cianuro, se extrae a 10.5 < pH < 11.2. Al agregar tridecanol 5% en volumen, obteniendo como resultado una adecuada selectividad con 10% LIX 79. Lo anterior, fue generado a partir de licores de lixiviacion en columna con minerales oxidados y sulfurados pero conteniendo Ag y pequenas cantidades de Au, Cu y Zn. Sin embargo, es necesario realizar una exhaustiva investigacion utilizando el complejo oro-tiosulfato. Asi mismo, en investigaciones de adsorcion de Au (Navarro et al, 2006), utilizando resina Amberlita IRA-410 en medio tiosulfato-amoniaco, se demostro que la adsorcion de Au es rapida, debido a la presencia de tiosulfato este desfavorecio la adsorcion; sin embargo, este aspecto no queda muy claro. De tal manera, que estudios realizados para evaluar la eficiencia de la resina AuRIX[R]100 (Valenzuela et al, 2006), para la recuperacion del complejo oro-cianuro a pH 10.7, se determino que al aumentar la relacion solido-liquido la cantidad de Au por unidad de masa de resina aumenta proporcionalmente. Durante la adsorcion de Au en carbon activado, se ha discutido que el complejo oro-tiosulfato no es adsorbido eficientemente, pero no obstante a ello (Vargas et al, 2006), ha reportado que la presencia de tiosulfato, amoniaco e impurezas (Cu, Zn), son perjudiciales para la adsorcion de Au ya que la Ea= 9.13 kJ/mol; por lo contrario, el complejo oro-cianuro si es adsorbido por el carbon activado. Por otro lado, se han evaluado materiales (Seob et al, 2010) para la adsorcion de Au obteniendo 427.77 mg/g con resina Amberjet[TM] 4400, 170.64 mg/g en carbon activado y 361.76 mg/g en medio biosorbente. Por otra parte (Munive et al, 2011), se realizaron estudios comparativos de lixiviacion sobre un mineral refractario conteniendo cantidades de sulfuros, pirita y pirrotita, en presencia de cianuro y tiosulfato, donde este ultimo permanece estable, pero con la finalidad de recuperar Au y Ag durante 48 hrs y ajustando el pH menor a 9.6 con solucion de NaUH y Ca[(OH).sub.2]. Resultados obtenidos (Breuer et al, 2002), donde el tiosulfato disuelve al cobre presente en el mineral, se muestra que favorece al proceso, ya que actua como oxidante, provocando que la disolucion de Au y Ag disminuya, atribuido a la inestabilidad del complejo cuprotetramina (Yen et al, 1998) a pH=9.5. De lo anterior, se puede observar que existe un gran interes por proponer lixiviantes alternativos al cianuro para la adsorcion de Au, con compuestos menos toxicos y buscando tecnicas viables que permitan obtener una maxima adsorcion de metales precisos. En la Tabla 1. Se enlistan las condiciones de lixiviacion de diferentes minerales. Observando que la resina AuRIX[R]100 contiene el componente activo guanidina, utilizada para soluciones de lixiviacion del complejo oro-tiosulfato de amonio, constituida por una red de macro reticulas de estireno y divinil-benceno que funcionalizada con grupos guanidina actuan como bases organicas fuertes.

Por lo anteriormente expuesto, en este trabajo se propone estudiar el proceso de adsorcion de Au, mediante pruebas batch y en columna, evaluando la eficiencia de la resina de intercambio anionico AuRIX[R]100 para la adsorcion del complejo oro-tiosulfato en medio amoniaco-tiosulfato, con el objetivo de obtener los parametros cineticos que intervienen en la reaccion, evaluando el contenido de Au a un tiempo determinado, dando seguimiento a la reaccion en las soluciones por absorcion atomica con la finalidad de establecer un proceso como metodo alternativo para el uso de las resinas de intercambio ionico.

METODOLOGIA

El metodo seguido para el desarrollo del presente estudio, consistente en la extraccion de oro mediante el uso de guanidina, se utiliza como componente activo guanidina en la resina AuRIX[R]100, determinando ademas la influencia de las variables que intervienen en la reaccion durante la extraccion del metal.

Extraccion de oro utilizando una resina AuRIX[R]100, pruebas batch

En un reactor batch Kettles marca Pyrex, capacidad 500 ml, con disolucion acuosa de 250 ml, con parametros experimentales: Tiempo de contacto= 3 h, temperatura= 25[grados]C, [[Au].sub.i] = 1-8 mg/l, razon resina/disolucion= 20000 mg/l, velocidad de agitacion= 200-800 rpm. Evaluando el porcentaje de oro adsorbido en funcion del tiempo. Las variables se presentan en la Tabla 2. Agregando al reactor la disolucion acuosa, [Au]i, [[(N[H.sub.4]).sub.2][S.sub.2][O.sub.3]], ajustando la temperatura y pH, se agrego la resina a la disolucion y se agito el sistema, se sacaron muestras de la fase acuosa de 10 ml cada 30 min para analisis, se midio el pH, en 3 h se detuvo la agitacion, se separaba la resina de la disolucion acuosa y para su analisis por la tecnica de absorcion atomica en un espectrofotometro Perkin Elmer 3110 y la carga de oro en la resina se determino por balance de oro.

Extraccion de oro utilizando una resina AuRIX[R]100, pruebas en columna

Las pruebas en columna de intercambio ionico dividida en cuatro secciones conectadas en serie separacion solido-liquido, con una suspension acuosa y resina en cada etapa, cada seccion tiene una malla de alambre en la parte inferior y superior para retener la resina colocada en cada una de las celdas. Las dimensiones de las celdas son de 2.5 x 7.7 cm de diametro y altura (2.54 x 7.52 cm), para pasar la solucion conteniendo oro, a traves de la columna se uso una bomba peristaltica en tres corridas experimentales, con 5 gramos de resina como fase fija a 25[grados]C, con una velocidad de 0.50, 0.60, 0.70 rpm, con 7.43 ml/min, 15 ml/min, 23 ml/min, equivalente a 89276 BVH, fue necesario saber la relacion flujo de solucion/volumen de resina y tambien fueron analizadas las isotermas de adsorcion.

Disolucion de oro y disolucion eluyente

La disolucion de oro se llevo a cabo utilizando agua destilada y deionizada y tiosulfato de amonio [(N[H.sub.4]).sub.2][S.sub.2][O.sub.3] con pureza 99% marca Aldrich, la solucion de oro (1000 [+ o -] 2 [micron]g/ml), se ajusto el pH con N[H.sub.4]OH y en la elucion con hidroxido de sodio [NaOH], sulfato de cobre pentahidratado CuS[O.sub.4]-5[H.sub.2]O], perclorato de sodio [NaCl[O.sub.4]-2[H.sub.2]O], sulfito de sodio [[Na.sub.2]S[O.sub.3]] y cloruro de sodio NaCl].

Pruebas de desorcion

Los experimentos de desorcion se realizaron en un reactor de 500 ml de capacidad con agitacion, donde se mantuvieron constantes las siguientes condiciones experimentales: pH= 9.5-11.5, concentracion de Cl[O.sup.-.sub.4], concentracion de S[O.sup.2-.sub.3], concentracion de Cl, concentracion de NaOH.

Caracterizacion de la resina AuRIX[R]100

La caracterizacion se llevo a cabo por analisis difraccion de rayos-X, caracterizacion por analisis infrarrojo y microscopio electronico de barrido (MEB).

RESULTADOS Y DISCUSION

En las Fig. 1 a 3 se estudio el efecto de tiempo de contacto en la extraccion de oro, se ve el efecto del cambio de concentraciones de 1 mg/l a 8 mg/l, al aumentar el pH se logro un aumento en porcentaje extraccion, donde el pH mejor fue de 10.5, en 3 h. En la Fig. 4 se muestra el efecto de la velocidad de agitacion en la extraccion de oro en resina AuRIX[R]100.

[FIGURA 1 OMITIR]

[FIGURA 2 OMITIR]

[FIGURA 3 OMITIR]

[FIGURA 4 OMITIR]

En la Fig. 5 se muestra el efecto de pH en la extraccion de oro en la resina. Se encontro que la mayor extraccion de oro se realizo a pH= 10.5 y 120 minutos y en la Fig. 6 se observo el efecto de la [[(N[H.sub.4]).sub.2][S.sub.2][O.sub.3]] en la adsorcion de oro en la resina al trabajar a pH 10.5. Es evidente el efecto positivo que produce el contenido de tiosulfato en la disolucion acuosa sobre el porcentaje de oro adsorbido, en 3 h. En presencia de tiosulfato, la adsorcion de oro alcanzo un 99% y con 0.00674 M de tiosulfato el comportamiento no fue estable, la adsorcion disminuyo a 98%, 0.03 M de tiosulfato la adsorcion disminuyo a 98% y 0.04 M de tiosulfato la adsorcion aumento a 99%.

[FIGURA 5 OMITIR]

[FIGURA 6 OMITIR]

Se realizaron tres corridas experimentales con 5 gramos de resina, con una velocidad de 0.50, 0.60, 0.70 rpm, con 7.43 ml/min, 15 ml/min, 23 ml/min, equivalente a 89, 180 y 276 BVH. Los resultados se muestran en las Fig. 7 a 10.

En la Fig. 7 Muestra el perfil de la velocidad de adsorcion, en cada seccion de la columna, observandose que el trabajo en la ultima es inapreciable, pero en la primer seccion es mas rapida, por lo que esta sera la primera que llegue a saturacion, se observo que con el paso del tiempo la concentracion que sale de cada seccion va en aumento, en el momento que la concentracion que entre sea igual a la que sale.

[FIGURA 7 OMITIR]

[FIGURA 8 OMITIR]

[FIGURA 9 OMITIR]

[FIGURA 10 OMITIR]

Para 180 BVH. se compararon las secciones se observo que se incrementa la velocidad de adsorcion en cada seccion con respecto a la velocidad mostrada en la Fig. 7 a 89 BVH. Se observo que la concentracion de salida en cada seccion se incrementa un poco con respecto a la de salida mostrada en la Fig. 7. Al aumentar el flujo aumenta la concentracion de salida de la solucion, esto indica que a mayor flujo el tiempo para alcanzar la concentracion de saturacion de la resina es menor y en caso de manejar flujos mayores seria necesario una quinta seccion en la columna, para lograr la recuperacion total del ion intercambiado.

CONCLUSIONES

En base a los resultados obtenidos del estudio de adsorcion de oro, se puede concluir que: Al aumentar la concentracion de tiosulfato de amonio de 0.00674, 0.03, 0.04 Molar se favorecio la extraccion de oro, debido a una mayor presencia de tiosulfato libre. Cuando aumenta el valor de pH por encima de 11, los iones hidroxilo promueven la degradacion de iones tiosulfato, causando la precipitacion de oro.

Se encontro que la presencia de tiosulfato favorece la adsorcion de oro. Con tiosulfato, se obtuvo en 0.04 M, se obtuvo un 99% de adsorcion mientras que con 0.03 M de tiosulfato, la adsorcion disminuyo al 98%, el proceso de adsorcion fue mas inestable y con 0.00674 M la adsorcion disminuyo al 98%, pero las condiciones de adsorcion fueron demasiado inestables.

La velocidad de agitacion del sistema es una variable muy importante porque permite la suspension de las particulas en movimiento y eso facilita la transferencia de masa. Las concentraciones de oro como afectan de 1, 2, y 8 mg/l, los porcentajes de recuperacion respectivamente fueron similares de 99, 93 y 95.75% de recuperacion de oro.

La resina AuRIX[R]100 tiene las ventajas de trabajar a pH altos tipicos de las soluciones industriales (9-11.5), dando como resultado el pH mejor 10.5 y en pH 9 disminuye la disolucion de oro con tiosulfato de amonio, lo cual es atribuido a la inestabilidad en la disolucion de oro.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a la Universidad de Sonora por brindar su apoyo durante la investigacion, al Departamento de Ingenieria Quimica y Metalurgia, al Laboratorio de Servicios de Metalurgia, CONACyT, empresa COGNIS, a CESUES, a M.C. Juan Arevalo Amezcua, por su valiosa colaboracion en la elaboracion del proyecto.

doi: 10.4067/S0718-07642012000200007

REFERENCIAS

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Miriam E. Chaparro (1), Jesus L. Valenzuela (2), Guillermo T. Munive (2) y Jose R. Parga (3)

(1) Instituto de Ingenieria, Universidad Autonoma de Baja California, Blvd. Benito Juarez y Calle a la Normal S/N, Col. Insurgente Este, Mexicali, B.C.-Mexico. (miriam_edith1981@hotmail.com).

(2) Departamento de Ingenieria Quimica y Metalurgia, Universidad de Sonora, Rosales y Blvd. Luis Encinas, Col. Centro, Hermosillo, Sonora-Mexico. (jvalen@iq.uson.mx).

(3) Departamento de Metalurgia y Materiales, Instituto Tecnologico de Saltillo, Blvd. Venustiano Carranza # 2400, Saltillo, Coahuila-Mexico. (jrparga@its.mx).

Recibido Ago. 26, 2011; Aceptado Nov. 02, 2011; Version Final recibida Dic. 26, 2011
Tabla 1. Comparacion de parametros de lixiviacion en
minerales y avances en procesos de adsorcion de oro

Antecedentes                 Tipo de Mineral           T         pH
                                                  ([grados]C)

Yen et al, (1998)            Au-Cu-0.36% Cu,           A         10
                            Au: 7.2-7.9 g/ton
Molleman et al, (2002)    Concentrado de Pirita       35       10-11
Navarro et al, (2002)     Conc. de Au: 95 g/ton       25        9-10
Breuer et al, (2002)            Cu(II), Au           30-50     8-9.4
Ficeriova et al, (2002)      Conc. de CuPbZn          25        6-7
Zhang et al, (2002)        20 mg/l, Au: 2 g/ton      23-25       11
Valenzuela et al, (2006)        Au: 0.32,             25       8-10.7
                             Ag: 0.43,Cu: 6.2
Navarro et al, (2006)           Au: 8 mg/l            25        9-11
Vargas et al, (2006)      Au: 10 mg/l, 2.2 g/ton      25        9.5
Jeffrey et al, (2010)            10 mg/l             25-60       9
Seob et al, (2010)                  Au            25 [+ o -]2   1-6
Munive et al, (2011)          Au: 3.15 g/ton          25        9.5

Antecedentes                Ret       [S.sub.2]      N[H.sub.3]  % de
                            (h)    [O.sup.2-.sub.3]     (M)      Rec.
                                         (M)

Yen et al, (1998)           24           0.5             6       95-97

Molleman et al, (2002)       6           0.05           0.4       83
Navarro et al, (2002)       10           0.3             --       94
Breuer et al, (2002)        --           0.2           0-0.6      --
Ficeriova et al, (2002)      2           0.5             --       99
Zhang et al, (2002)         24           0.1            0.2      80-90
Valenzuela et al, (2006)     3            --             --       98

Navarro et al, (2006)        3          0-0.5          0-0.5     92-98
Vargas et al, (2006)         4          0-0.50          1-4      15-28
Jeffrey et al, (2010)       24            --          5-100 nM    2.7
Seob et al, (2010)          2-3           --            0.1      84-96
Munive et al, (2011)        48           0.25           0.4      70-82

Tabla 2: Variables y rangos de experimentacion
en la etapa de adsorcion

Variable                      Rango de experimentacion

pH                                     9-10.50

Concentracion de [Au.sub.i]           1-8 mg/l

Concentracion de                   0.00674-0.04 M
[([NH.sub.4]).sub.2]
[S.sub.2][O.sub.3]
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Author:Chaparro, Miriam E.; Valenzuela, Jesus L.; Munive, Guillermo T.; Parga, Jose R.
Publication:Informacion Tecnologica
Article Type:Report
Date:Apr 1, 2012
Words:3478
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