Caracterización de un residuo de origen minero y optimización de los parámetros para la recuperación máxima de manganeso por lixiviación ácida

Abstract

RESUMEN: En la búsqueda por recuperar el manganeso que se encuentra presente en un residuo de origen minero, se implementó un proceso hidrometalúrgico utilizando reactores por lotes. La lixiviación del manganeso (Mn), fierro (Fe) y magnesio (Mg) fueron estudiados en este trabajo. En una primera etapa, el residuo fue caracterizado por análisis químicos, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y por granulometría. El estudio de microscopía electrónica de barrido (MEB) mostró que el Mn, Fe y Mg estaban presentes en diferentes fases mineralógicas. El estudio de difracción de rayos X (DRX) indicó la presencia de compuestos orgánicos, pero estos no fueron identificados por no ser de importancia para este estudio; por otra parte, en la fase inorgánica se encontró que el Mn está formando complejos como la rodocrosita, hausmanita y óxido de manganeso sódico, mientras que el fierro está presente como magnetita. El estudio granulométrico exhibió que el 45 % del residuo tiene un tamaño de partícula menor a 37 µm. Además, el residuo contiene 26 % de Mn, 6 % Fe, 3 % Mg, y otros compuestos que se reportan en este estudio. Las lixiviaciones de Mn, Fe, y Mg se realizaron colocando una masa de residuo en distintas soluciones de ácido sulfúrico y se agitaron durante 2.5 h, que fue el tiempo para alcanzar el equilibrio. A fin de optimizar el proceso de lixiviación, diferentes parámetros fueron estudiados, tal como la masa del residuo, la concentración de ácido sulfúrico, la temperatura y la relación solución ácida:masa del residuo. La influencia de la masa de residuo fue estudiada con cantidades de 50 g y 100 g, y se encontró que las diferencias máximas en las eficiencias de lixiviación para el Mn, Fe, y Mg fueron 6.6 %, 2.6 %, y 0.9 % respectivamente. Con base a esto se decidió trabajar con 50 g de residuo, lo que redujo en un 50 % el consumo de reactivos y las emisiones de residuos. Las concentraciones de ácido sulfúrico/t estudiadas fueron 650, 750 y 800 kg/t. La concentración óptima fue la de 750 kg de ácido sulfúrico/t de residuo, ya que se logró un 80 % de eficiencia lixiviación de Mn, esto a una temperatura de 80 °C y a una relación de solución lixiviante:masa de residuo de 2.5:1 También se estudió la influencia de la temperatura desde 25 hasta 80 °C. Se encontró que el aumento en la temperatura influye directamente en la eficiencia de lixiviación de manganeso y fierro. A 80 °C, las máximas eficiencias de lixiviación para Mn y Fe fueron 78.1 % y 52 % respectivamente. Además, la Influencia de la relación solución ácida:masa de residuo fue estudiada para valores de 2:1, 2.5:1 y 3:1. Se encontró que en el intervalo de 2 a 2.5 la eficiencia de lixiviación del Mn aumentó de 62.7 a 78.1 %. La eficiencia de lixiviación de Fe incrementó desde 1.5 % hasta 60.3 % y la eficiencia de lixiviación del Mg aumentó de 79 % a 103 % Finalmente, a partir de los resultados se encontró que las condiciones óptimas de lixiviación de manganeso estarían alrededor de una relación de lixiviación 2.5:1, una temperatura de 80 °C y una concentración de 750 kg de H2SO4/toneladas de residuo. ABSTRACT: In the aim to recover manganese from a process ore waste an hydrometallurgical batch process was implemented. The leaching of manganese (Mn), iron (Fe) and magnesium (Mg) were studied in this work. In a first stage, the waste was characterized by chemical analysis, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and particle size. The chemical analysis showed the waste composition. The scanning electron microscopy (SEM) study showed that Mn, Fe and Mg were present in different mineralogical phases. The X-ray diffraction (XRD) study indicated the presence of possible organic compounds, but they did not were indentified because they are not relevant to this study; however, in the inorganic phase could be observed the Mn forming complexes like the rhodochrosite, hausmannite, sodium manganese oxide, while the iron is present as magnetite. The granulometric study indicated that 44.5 % of the waste has 37 µm particle size. The waste contains 26 % Mn, 6 % Fe, 3 % Mg and other compounds that are reported in this study. The leaches of Mn, Fe and Mg were realized using different quantities of waste in solutions with sulfuric acid and shake them during 2.5 hours, that it was the time required to obtain the equilibrium. In order to establish the optimal conditions of leaching, different parameters were studied, as the mass of waste, the concentration of sulfuric acid, the temperature and the ratio leaching solution:mass of the waste. The mass of the waste influence was studied with quantities of 50 g and 100 g, and it was found that the maximum difference in the leaching efficiencies for Mn, Fe and Mg were 6.6 %, 2.6 % and 0.9 %, respectively. It was decided to work with 50 g of waste in order to reduce the reagent consumption by 50 %. The concentrations of 650, 750 y 800 kg of sulfuric acid/t of waste were studied. The optimal concentration was 750 kg of sulfuric acid/t of waste obtaining 80 % of leaching efficiency, working at 80 °C and a ratio of leaching solution:mass of the waste of 2.5:1. Temperature influence was studied as well, from 25 to 80 ºC. It was found that the increase in the temperature directly influences the leaching efficiency of manganese and iron. The maximum efficiencies leaching of Mn and Fe were 78.1 % and 52 %, respectively, at 80 °C. The influence of the ratio leaching solution:mass of the waste was studied for values of 2:1, 2.5:1 and 3:1. It was found that in the range of 2 to 2.5 the leaching efficiency of Mn increased from 62.7 to 78.1 %. The leaching efficiency of Fe increased from 1.5 % to 60.3 % and the leaching efficiency of Mg increased from 79 % to 103 %, in the range of 2 to 3, in both cases. Finally, as conclusion, the optimal conditions of the optimum leaching would be around of a leaching ratio of 2.5:1 at 80°C and a concentration of 750 kg of H2SO4/t of waste.