Disímiles son las pesquisas en búsqueda del perfeccionamiento del proceso hidrometalúrgico desde el propio inicio de la tecnología carbonato amoniacal que se han extendido hasta nuestros días, con el objetivo de incrementar la recuperación del Ni y Co, aunque estas no han sido suficientes para dar cambios transcendentales en dicha tecnología, especialmente con procedimientos que permitan un incremento sostenido de dichos elementos en la lixiviación carbonato-amoniacal.

Este asunto ha sido polémico, incluso desde la información emitida por el profesor Dr. Martinus Hendricus Caron en el Journal of Metal, en Enero de 1950, “Algunos aspectos en conexión con la aplicación del proceso de lixiviación amoniacal” [1], y posteriormente por otros autores, donde se revela cierta cantidad de datos fundamentales relacionados con la recuperación de Ni, Co, y en disímiles investigaciones y proyectos en busca de su perfeccionamiento.

Pero hasta la fecha actual no se ha encontrado referencias que tributen a la eliminación previa del hierro (disuelto y sólidos en suspensión) durante la lixiviación carbonato amoniacal, aspecto fundamental del presente artículo, fundamentado en buscar un mejor recobrado del Ni y Co en dicha tecnología.

Los objetivos específicos del presente artículo están encaminados a:

Ofrecer una interpretación teórico–experimental del proceso hidrometalúrgico del proceso carbonato-amoniacal (proceso Caron).

Con el presente artículo se pretende dar una interpretación teórico-experimental del proceso hidrometalúrgico de la tecnología Caron, específicamente sobre el proceso de lixiviación amoniacal, básicamente orientadas a los efectos que produce el hierro dentro de dicho proceso químico-físico, abordado esencialmente por el Dr. Paul B. Queneau y sus colaboradores, que de forma explícita se hace más comprensible este proceso, presentado en fechas tan temprana como en 1946, y otros trabajos abordado en el presente artículo, dado su relevancia para el conocimiento práctico-operativo [2-10].

El proceso de lixiviación es un proceso heterogéneo, el cual transcurre en varias etapas fundamentales [11], es aquí de la existencia de los mecanismos de las reacciones químicas de interacción Sólido/Líquido en el proceso carbonato amoniacal, no obstante, en la práctica metalúrgica se inicia parcialmente desde la descarga del mineral reducido en la canal, aspecto que es donde se forma una mezcla del licor de contacto y de mineral reducido, donde se observa que parte de los elementos metalizados en el tanque de contacto se quedan en esta parte del proceso inicialmente sin lixiviar, con un recobrado de níquel de un 5 a 7 %, de todo el níquel que participa, operación que incrementa su lixiviación, durante el transcurso de las etapas sucesivas de Lixiviación y Lavado, especialmente se observa que se intensifica en las series de turboaereadores de primera etapa de lixiviación.

Durante las reacciones de aeración que se intensifican en los turboaereadores, en presencia de oxígeno que incorpora el aire inducido, el níquel y el cobalto metálicos entran en la solución del complejo carbonato-amoniacal, por medio de las siguientes reacciones:

(1)

(2)

Seguidamente se lixivia el cobalto en solución, es oxidado al estado amina cobáltica, como indica la reacción siguiente:

(3)

Durante la reacción de lixiviación, en presencia de oxígeno, precisamente el hierro metálico es el primero en lixiviarse, entrando en la solución formando un complejo ferroso amoniacal, a través de la reacción.

(4)

El complejo ferroso amoniacal es seguidamente oxidado de forma continua, y al cabo de 15 a 20 min aproximadamente, el hierro comienza a precipitar en forma de hidróxido férrico u óxido de hierro hidratado de tipo Fe(OH)₃, debido a un exceso de oxígeno a un pH 10,5.

(5)

Este óxido hidratado de hierro al precipitarse, absorbe y co-precipita fundamentalmente cobalto, y una insignificante cantidad de níquel, lo que provoca que sea muy difícil restablecerlo finalmente. Las reacciones fundamentales que suceden al cobalto y el níquel son las que se muestran en (6) y (7).

Si se analizan las reacciones anteriormente descritas, y se observa la figura 1, se puede apreciar que está representada en la línea gruesa vertical, zona por donde transcurre la lixiviación amoniacal a un pH 10, 5, al mezclarse la solución amoniacal con el mineral reducido, comienza a incrementar el potencial de oxidación Eh [11].

Figura 1 Figura 1 Diagrama Eh para el sistema Fe, H2O, NH3, Ni y Co, cuando el total de especie del Fe(II) es: 0,01 mol; NH3 es: 5 mol; Ni(II) es: 0,2 mol; y Co(II) es: 0,002 mol, tomado de [11]

En el diagrama se presenta:

a un potencial de Eh = -710 mV inicia la lixiviación del hierro hasta un potencial de Eh = - 300 mV.

Estas reacciones de lixiviación, prácticamente ocurren en 15 o 20 min, a partir de ahí comienza la precipitación del Fe(OH)₃. Específicamente de 15 a 30 min se observa que se acelera el potencial de oxidación de Eh = -300 mV hasta Eh = -160 mV, que a partir de los 15 a 20 min de comenzada la lixiviación, comienza la disolución acelerada del hierro por oxidación con los propios agentes lixiviantes, especialmente el O₂, es decir, que comienza la precipitación acelerada del Fe(OH)₃, que al alcanzar los 45 min, adquiere un potencial de Eh = -120 mV, y prácticamente se termina de precipitar todo el Fe(OH)₃ en un potencial de oxidación Eh = -90 mV.

Este pequeño detalle demuestra que el consumo de oxígeno durante el proceso de lixiviación disminuye a medida que se consume en las reacciones químicas, primeramente en la lixiviación de los metálicos y posteriormente en la precipitación del hidróxido de hierro (III), es decir, el Fe(OH)₃, además de otros elementos químicos no presentados en la figura 1.

En todos los resultados experimentales obtenidos, se observa siempre que los resultados de los procedimientos propuestos, siempre son superiores a los que se obtienen con respecto al procedimiento de lixiciación convencional para cada muestra analizada, esto se evidencia al utilizar la prueba de hipótesis de t. En todos los casos, se rechaza la hipótesis nula de que los procedimientos propuestos son iguales al convencional a un 95 % de confiabilidad.

De aquí se concluye que los experimentos realizados en los proyectos I+D posteriores, permitieron descubrir el efecto del exceso de la carbonatación. Este proceder, tributa a la estabilidad del sistema de lixiviación, al no incrementarse la temperatura de la pulpa, dado por la eliminación previa del Fe disuelto, y en forma de hidróxido, a través de la inyección de CO₂ aplicado, en cambio, todo efecto contrario provoca si se adiciona aire, ya que se transforma en un proceso exotérmico, en cambio, al usarse CO₂ conllevaría a un proceso endotérmico, con menor contenido de sólidos en suspensión, aspecto que se observó en las pruebas efectuadas a menor escalado, por lo que se asume que sucederá en el sedimentador a escala comercial de primera etapa de lixiviación.

Es decir, que el procedimiento ultrasónico, el uso de la sacarosa, mosto o inyección de CO₂, mejorarían sustancialmente, o perfeccionarían el proceso hidrometalúrgico de la Tecnología Caron, ya que todos hacen el mismo efecto como resultado final, al implementarse en el justo, y oportuno momento de la lixiviación carbonato-amoniacal, allí donde se une el sólido reducido con el licor de contacto enriquecido, superior a un 60 g/L de CO₂, en otras palabras significa que aumenta la presión parcial del CO₂ dentro de la pulpa amoniacal, favoreciendo la formación de FeCO₃. Por tanto, el último procedimiento propuesto se considera de muy bajo costo de inversión, sólo sería mantener las actuales concentraciones de amoniaco que están en el licor de contacto en un rango de 75–85 g/L, e incrementar la concentración de CO₂ libre (aquel que no forma los compuestos de la aminas de Ni y Co) que actualmente existe en un rango de 28 – 38 g/L en éste licor, sólo sería un incremento del CO₂ (no asociado como aminas) en un rango de un 20 a 30 g/L en la solución de contacto, que se debería lograr tener presente allí, para aumentar la presión parcial de CO₂, con el objetivo de lograr una exitosa reacción química del hierro, su precipitación y una lixiviación potencial junto al NH₃ del Ni y Co₂

Esta última propuesta, es el perfeccionamiento de dicho proceso, todos tributan a este resultado final de la estabilidad del comportamiento hidrometalúrgico, dado especialmente a la selectividad al carbonatarse el hierro prematuramente, evitando de esa forma las consecuentes e interferencias actuales que ocasiona la disolución-oxidación del hierro a posteriori, si no se hace, provocando disímiles secuela en dicho proceso hidrometalúrgico, al adicionar aire comprimido, aspecto no identificado con anterioridad para dicha tecnología, al no ver los efecto perjudiciales del uso del aire en los turboareadores de primera etapa (I) de lixiviación, los cuales deben ser cambiados por CO₂ despresurizado dentro de la pulpa carbonato-amoniacal, desde la canal hasta el último turbo de primera etapa de lixiviación, la cual no interferiría posteriormente el uso del aire para las etapas II y III de lixiviación.

1. Los principales problemas que presenta el proceso carbonatoamoniacal conforme a los análisis teóricos, y los estudios experimentales realizados por diversos especialistas son los siguientes:

A los efectos negativos producidos por el hierro metálico, Fe⁺², con la elevación de la temperatura de la pulpa, la variación del potencial redox, se adiciona la oxidación conjunta del manganeso y el cobalto.

2. Para incrementar la recuperación del Níquel y Cobalto se propone aplicar los siguientes procedimientos:

Se encontró, que tanto el procedimiento ultrasónico, como la aditivación de Sacarosa o Mosto a la pulpa amoniacal, así como la adición de CO₂ a valores cercano o superior a los 60 g/l, con el aumento de la presión parcial, se logran con dichos procedimientos obtener una mayor solubilidad del hierro, y su posterior carbonatación y todos estos contribuyen a mayores recuperaciones del Ni y Co a cualquier escalado en el licor producto

Se recomienda dado los bajos costo de inversión para su implementación, y los posibles logros a escala comercial, al obtener un aumento de la eficiencia metalúrgica, ahorro de agentes lixiviantes, ahorro energético por la eliminación, por la generación de aire comprimido, así como menor contaminación atmosférica, retomar a modo de colofón de todos los procedimientos alternativos logrados, así como la confirmación del procedimiento de adición de CO₂ al licor de contacto, a valores superiores a los 60 g/L, sin variar la concentraciones existentes en Cuba, con respecto al NH₃ que actualmente se usa a escala comercial, basado básicamente, con la adición del CO₂ libre presurizado en el justo momento de formase la pulpa a cualquier escalado, y de la sustitución del aire por CO₂ en todo el sistema de la primera Etapa de lixiviación del proceso hidrometalúrgico de la tecnología carbonato amoniacal o comúnmente llamado proceso Caron.