Estudio de la cinética de disolución y oxidación de oro en la lixiviación de minerales auríferos con soluciones de tiosulfato

Abstract

RESUMEN: Tradicionalmente en la industria minera, el cianuro ha sido utilizado como agente complejante para extraer el oro y plata debido a la formación de complejos estables, un proceso simple y de bajo costo. Sin embargo, dada la alta toxicidad del cianuro ha promovido una tendencia global hacia la limitación de su uso en la minería. Aunque la mayoría de minerales auríferos se pueden procesar con cianuro, el crecimiento de minerales complejos considerados refractarios; ha requerido procesos alternativos para la lixiviación del oro. En este sentido, en los últimos años se han llevado a cabo investigaciones para el uso de lixiviantes como la tiourea, halógenos, tiocianato, amoníaco, tiosulfato, polisulfuros, sulfito, dietilamina, nitrilos. Entre todos ellos, el tiosulfato se ha establecido como una de las alternativas más relevantes debido a su baja toxicidad y excelente desempeño. Para el desarrollo de esta tesis, se propuso el uso de una solución a base de tiosulfato amoniacal (ATS) para estudiar la cinética de disolución y oxidación de oro en la lixiviación de minerales refractarios. Se evaluó el comportamiento electroquímico de soluciones de tiosulfato de amonio y tiosulfato de sodio, por medio de ensayos de microelectrólisis. Mediante ensayos de lixiviación con lámina de oro se estudiaron diferentes concentraciones de la solución de tiosulfato amoniacal (ATS), evaluando los mejores resultados respecto a la disolución de oro y menor degradación de tiosulfato. Encontrando un mejor comportamiento con una solución de tiosulfato amoniacal con iones de cobre (II), amoniaco y EDTA a pH entre 10.0 y 10.3. Se implementó un método para la evaluación del efecto de las interacciones galvánicas de las fases en minerales sulfurosos con el sistema de lixiviación ATS; basado en una combinación de técnicas electroquímicas, utilizando electrodos de pasta de carbono (CPE) con minerales de sulfuro, electrodos de disco giratorio con mineral (RDE-Mx) y Espectroscopia Raman in situ. Se utilizó un concentrado mineral de sulfuros, así como minerales de sulfuros de alta pureza (pirita, arsenopirita, calcopirita, esfalerita y galena). Se analizó el proceso de oxidación de la pirita dispersa en un electrodo de pasta de carbono (CPE-Py) en solución de tiosulfato amoniacal. El estudio se hizo mediante respuestas de curvas de polarización, Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y Espectroscopía Raman in situ. Se logró determinar el proceso de oxidación y pasivación de pirita a potenciales entre 0.1 V a 0.4 V vs SHE. Se logró identificar productos de oxidación de pirita como: hidróxido de hierro (II) y polisulfuros; óxido de hierro como magnetita, lepidocrocita (γ-FeOOOH), y especies de sulfuros como tiosulfato, tritionatos, tetrationatos y sulfatos. Se realizó un análisis de descomposición selectiva de las fases del CMS mediante una prueba de lixiviación diagnóstico; logrando caracterizar el mineral con altamente refractario. Se estableció la cinética de disolución de oro, plata y otros metales de un mineral complejo mediante ensayos de lixiviación con soluciones de tiosulfato y cianuro para evaluar la eficiencia de disolución mediante análisis de muestras de solución por ICP- y los residuos de mineral fueron caracterizados por DRX, FRX, análisis petrográfico y SEM –EDS. Finalmente, se estudió el efecto de aditivos como carbonato, fosfato, sulfito y sulfuro para prevenir una excesiva degradación del tiosulfato y mejorar la cinética de disolución de oro. Se realizaron ensayos de lixiviación con soluciones de tiosulfato amoniacal con los aditivos, haciendo seguimiento a la degradación del tiosulfato mediante análisis de la concentración de tiosulfato, sulfito y sulfatos por titulación yodométrica y cromatografía liquida (HPLC).

ABSTRACT: Nowadays, the extraction of gold from ores with complex phases as sulfide ores or low amount gold has sparked interest in researchers in extractive metallurgy. Traditional hydrometallurgical processing techniques as extraction of gold by cyanidation treatment, have growing worries about something disadvantages the continued use of cyanide such as low efficiency, hypertoxic reagent, and sometimes, increase in usage in the processes. In this context, the gold dissolution with thiosulfate solution has received much attention over the last four decades as an alternative non- cyanide lixiviant for gold recovery. Additionally, being a green chemistry alternative compared to the environmental toxicity of cyanide and mercury in traditional mining. Some studies of thiosulfate leaching have reported values up to 90% gold dissolution from refractory ores considered. Researches about this subject have focused on the control of the chemical reactions of the electrolyte and the parameters optimization to reach the high dissolution of gold in the leaching solution of thiosulfate, ammonia, copper and EDTA. On the other side, the complexity of ammoniacal thiosulfate leaching reaction system on gold extraction from sulfide ores faces several challenges. The mineral association (e.g. through the galvanic connection) and the transformations that undergoes the sulfide ores that affect the efficiency of dissolution are some of them. This interaction between sulfide ores and the electrolyte used for the leaching of certain metal of interest has become in a focus of research in the gold extraction industry. Galvanic interactions between sulfide minerals can accelerate or retard their dissolution in the leach solution. The likelihood of galvanic interaction depends on the physical properties of the minerals, which can be identified through mineralogical (textural mineralogical information), or electrochemical studies. The aim of this research is to study a process for dissolution and oxidation gold ore with an non cyanide alternative leaching solution. In this investigation studies of the thiosulfate-based solutions for treating refractory ores where the gold particles would be occluded and associated with sulfides phases. Searching to establish optimal conditions for the dissolution of gold such as electrolyte composition, concentration, and pH. In this same way, the study of the reactivity of different sulfide phases through their electrochemical behavior and galvanic interactions has been implemented with the use of electroactive carbon paste electrodes (CPE), containing sulfides ores with a thiosulfate leaching system. Several common associated minerals in a complex sulfide ore (CSO), besides of high purity sulfide minerals [pyrite (FeS2), galena (PbS), chalcopyrite (CuFeS2), arsenopyrite (FeAsS)], were used. Reactivity of each individual sulfide mineral and the CSO in an ammoniacal thiosulfate solution was determined by rotating disk voltammetry and chronoamperometry using carbon paste electrodes. Potentiodynamic polarization results showed that pyrite acts as cathode in the thiosulfate leach solution promoting the reduction of oxygen. Thus, oxidation of pyrite was delayed due to galvanic protection offered by other sulfide minerals as arsenopyrite and chalcopyrite. The results obtained show that the method is able to identify the minerals whose dissolution rates increase more than others due to galvanic coupling, and additionally; provides information on the solid intermediates formed.