Regeneração de cianetos pelo processo ARV associado ao emprego de resinas poliméricas de troca iônica

Resumos

Esse trabalho apresenta os resultados da regeneração de cianetos, presentes em soluções aquosas com composição química similar ao de efluentes típicos da cianetação do ouro, através do processo AVR (Acidificação, Volatilização, Reneutralização) associado ao emprego de resinas poliméricas aniônicas de troca iônica Imac HP555s<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> (Rohm&Haas Co.-USA) e Amberlite IRA-420<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> (Room&Haas Química Ltda.-Brasil). A resina Imac HP555s<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> adsorveu 64,5% CN, 87,4% Au, 64,9% Cu e 60,5% Fe presentes em uma solução alcalina mista de cianocomplexos metálicos. Na etapa de eluição com H2SO4 e tiouréia foram alcançados 31,2% CN, 86,2% Au, 86,4% Cu e 41,5% Fe. A resina IRA-420<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT>, nas mesmas condições experimentais do estudo da resina Imac HP555s<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT>, adsorveu 53,4% CN, 86,3% Au, 83,8% Cu e 86,0% Fe. Em termos de eluição, a resina Amberlite IRA-420<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> obteve 48% CN, 96,8% Au, 9,1% Cu e 76% Fe.

cianeto; regeneração; hidrometalurgia

This work presents the bench scale experimental results for the cyanide regeneration from pure alkaline aqueous solutions of gold, cooper and iron cyanocomplexes using the AVR process associated to the ion exchange polymeric resins Imac HP555s<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> ((Room&Haas-USA) and Amberlite IRA-420<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> (Room&Haas Brasil Ltda.). The resin Imac HP555s<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> adsorved 64.5% CN, 87.4% Au, 64.9% Cu and 60.5% Fe from the alkaline solution containing metal cyanocomplexes. Meanwhile, the elution stage with H2SO4 and thiourea reached 31.2% CN, 86.2% Au, 86.4% Cu e 41.5% Fe. The resin IRA-420<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> adsorbed 53.4% CN, 86.3% Au, 83.8% Cu and 86.0% Fe under the same experimental conditions adopted for the resin Imac HP555s<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT>. The resin Amberlite IRA-420<FONT FACE=Symbol>Ò</FONT> eluted 48% CN, 96.8% Au, 9.1% Cu and 76% Fe.

cyanide; regeneration; hydrometallurgy

Regeneração de cianetos pelo processo ARV associado ao emprego de resinas poliméricas de troca iônica

Adriana Lara da Silva

Universidade Federal de Minas Gerais-UFMG

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais-DEMET

Rodrigo Alves Costa

Universidade Federal de Minas Gerais-UFMG

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais-DEMET

Afonso Henriques Martins

Universidade Federal de Minas Gerais-UFMG

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais-DEMET

E-mail: [e-mail]

Resumo

Esse trabalho apresenta os resultados da regeneração de cianetos, presentes em soluções aquosas com composição química similar ao de efluentes típicos da cianetação do ouro, através do processo AVR (Acidificação, Volatilização, Reneutralização) associado ao emprego de resinas poliméricas aniônicas de troca iônica Imac HP555s^Ò (Rohm&Haas Co.-USA) e Amberlite IRA-420^Ò (Room&Haas Química Ltda.-Brasil).

A resina Imac HP555s^Ò adsorveu 64,5% CN, 87,4% Au, 64,9% Cu e 60,5% Fe presentes em uma solução alcalina mista de cianocomplexos metálicos. Na etapa de eluição com H₂SO₄ e tiouréia foram alcançados 31,2% CN, 86,2% Au, 86,4% Cu e 41,5% Fe. A resina IRA-420^Ò, nas mesmas condições experimentais do estudo da resina Imac HP555s^Ò, adsorveu 53,4% CN, 86,3% Au, 83,8% Cu e 86,0% Fe. Em termos de eluição, a resina Amberlite IRA-420^Ò obteve 48% CN, 96,8% Au, 9,1% Cu e 76% Fe.

Palavras-chave: cianeto, regeneração, hidrometalurgia.

Abstract

This work presents the bench scale experimental results for the cyanide regeneration from pure alkaline aqueous solutions of gold, cooper and iron cyanocomplexes using the AVR process associated to the ion exchange polymeric resins Imac HP555s ^Ò ((Room&Haas-USA) and Amberlite IRA-420 ^Ò (Room&Haas Brasil Ltda.). The resin Imac HP555s ^Ò adsorved 64.5% CN, 87.4% Au, 64.9% Cu and 60.5% Fe from the alkaline solution containing metal cyanocomplexes. Meanwhile, the elution stage with H₂SO₄ and thiourea reached 31.2% CN, 86.2% Au, 86.4% Cu e 41.5% Fe. The resin IRA-420 ^Ò adsorbed 53.4% CN, 86.3% Au, 83.8% Cu and 86.0% Fe under the same experimental conditions adopted for the resin Imac HP555s ^Ò . The resin Amberlite IRA-420 ^Ò eluted 48% CN, 96.8% Au, 9.1% Cu and 76% Fe.

Keywords: cyanide, regeneration, hydrometallurgy

Introdução

A utilização de processos que minimizem o impacto ambiental através da reciclagem de materiais vem sendo impulsionada pela busca de novas tecnologias. O cianeto, agente lixiviante aplicado aos minérios portadores de ouro, é um composto altamente tóxico, cuja emissão para o meio ambiente é limitada em níveis abaixo de 0,2 g/ml pelas legislações mais modernas do mundo, além de possuir um custo muito elevado no mercado.

No processo AVR [1-3] (Acidificação, Volatilização e Reneutralização), a solução é acidificada a pH 1,5 e os cianetos presentes são convertidos a HCN. A solução acidificada é bombeada para um recipiente apropriado e em fluxo contracorrente com ar comprimido. A corrente gasosa arrasta o HCN que está sob a forma molecular e o conduz para outro recipiente contendo uma solução de NaOH. O HCN é neutralizado com a solução alcalina formando o NaCN. A recuperação do cianeto pode alcançar 93%, na configuração mais favorável.

Um desenvolvimento recente do processo AVR [4] é a sua associação ao emprego de resinas poliméricas de troca iônica, visando à adsorção dos cianocomplexos metálicos presentes no licor de lixiviação. Uma solução ácida percola o leito de resinas poliméricas carregadas, ocorrendo a reação de formação de HCN, que é retirado da fase líquida pela passagem de um fluxo de ar e, em seguida, absorvido em uma solução aquosa de NaOH, formando NaCN, que pode reempregado na lixiviação de minérios auríferos.

Esse artigo apresenta os resultados experimentais obtidos pela associação dos princípios do processo AVR para a regeneração de cianetos, com uma pré-concentração dos cianetos utilizando resinas poliméricas de troca iônica. O sistema formado pode recuperar cianetos presentes em soluções aquosas com composição química similar aos efluentes líquidos típicos da mineração de ouro. Os resultados experimentais obtidos com a adsorção de cianetos, extração de Au, Cu e Fe, eluição de HCN com H₂SO₄ e com tiouréia ácida, regeneração de cianetos por AVR e recuperação de metais com o emprego das resinas aniônicas Imac HP555s^® da Rohm&Haas Co.(USA) foram comparados com os resultados obtidos por um sistema formado pela resina aniônica Amberlite IRA-420^® (Rohm&Haas Química Ltda.-Brasil) para fins de avaliação e comparação de comportamento.

Materiais e Métodos

A primeira etapa do trabalho consistiu no condicionamento das resinas poliméricas a serem utilizadas nos testes. O condicionamento da resina Imac HP555s^® deu-se pelo contato de 25 g de resina com água destilada e sob agitação magnética moderada por 24 horas, seguido de contato com 50 mL de solução 4,0% de NaCL, sob agitação magnética por 4 horas. Após esse tempo, a resina foi filtrada e seca ao ar por 24 horas. A resina seca foi armazenada em um dessecador. O procedimento de condicionamento da resina Amberlite IRA 420^® foi semelhante ao mencionado anteriormente, exceto pela substituição da solução de NaCL pelo uso de 50 mL de solução 4,0% de NaOH.

Foram preparados cinco tipos de soluções aquosas distintas portadoras de metais: uma solução contendo somente apenas cianeto, contendo apenas ouro e cianeto, outra com cobre e cianeto, ferro e cianeto e, por último, uma solução mista contendo ouro, cobre, ferro e cianeto.

As soluções aquosas alcalinas contendo apenas NaCN foram preparadas por pesagem de 8,0 g de NaOH (PA) e 2,5 g de NaCN (PA) e adição de água destilada com ajuste posterior de pH para 10,5. O preparo das soluções aquosas portadoras de ouro empregadas nos experimentos consistiu da solubilização de 2,0 g de ouro metálico (99,9%) em solução aquosa contendo 8,0 g de NaOH (PA), 2,5 g de NaCN (PA) e, em seguida, avolumada para 1000 mL. Ar foi injetado na solução sob agitação e aquecida a 35±1ºC por 24 horas.

O preparo das soluções aquosas alcalinas de cianeto portadoras de cobre, ferro e as soluções mistas (portadoras de cianeto e todos os demais metais-ouro, cobre e ferro) seguiram o mesmo procedimento do preparo da solução de ouro, como descrito anteriormente, variando apenas a massa do metal. Para a solução de cobre, utilizaram-se 100 mg de cobre (PA), para a de ferro (PA), 226,6 mg e, para a solução mista, 2,0 g de ouro, 100 mg de cobre e 226.6 mg de ferro.

O carregamento metálico das resinas poliméricas deu-se através da adição de 5,0 g de resina polimérica seca a uma coluna de vidro borosilicato de 58 cm de altura, 1,6 cm de diâmetro interno e capacidade volumétrica nominal de 50 mL. Deixaram-se passar 2,0 L da solução de cianetos e/ou cianocomplexos metálicos pela coluna, na vazão de 14 mL/min, por meio de uma bomba peristática. A solução passante através do leito de resina foi recolhida em intervalos de 10 minutos, em diferentes frascos do tipo erlenmeyer. Uma alíquota de cada frasco, inclusive da solução inicial antes de ser alimentada à coluna com o leito de resinas, foi enviada para análise química.

A eluição de cianetos inicialmente adsorvidos às resinas deu-se pela passagem de 500 mL da solução 0,05N H₂SO₄ através da coluna, na vazão de 14,0 mL/min, com auxílio de uma bomba peristáltica. Um reator de três bocas que recebeu a solução passante pela coluna foi aquecido até 80±1ºC com o uso de manta aquecedora elétrica, para garantir a manutenção do cianeto sob a forma gasosa. Um fluxo de ar foi injetado no interior da solução do reator de três bocas para arrastar o HCN para um frasco que continha 100 mL de solução 1,0 N NaOH. Dessa solução, retirou-se uma alíquota de 50 mL para a dosagem de cianeto. A determinação das concentrações metálicas em solução ocorreu por espectrofotometria de absorção atômica e a dosagem de cianetos deu-se por titulação com 0,0192N AgNO₃ e indicador rodanina 0,02% em acetona.

Resultados

A Figura 1-A mostra os resultados experimentais para a adsorção de cianetos no leito de resinas Imac HP555s^® para os sistemas puro (apenas com CN), Au e CN, Cu e CN, Fe e CN e, para o sistema CN, Au, Cu e Fe. Pode-se observar que, no sistema puro (solução apenas com CN), somente 22% de todo o cianeto presente na solução percolada pelo leito de resinas foram adsorvidos. Notou-se, também, que, após 40 minutos de passagem da solução de alimentação, praticamente não houve adsorção adicional de cianetos. O comportamento de adsorção de CN nos sistemas CN-Cu e CN-Fe foi semelhante ao do sistema puro. Por outro lado, nos sistemas CN-Au e CN-Au-Cu-Fe, a adsorção de CN foi considerada elevada, alcançando valores de 64,3% e 70%, respectivamente.

Figura 1
- Percentual de adsorção de cianeto nos leitos de resinas Imac HP555s^Ò(A) e Amberlite IRA 420^Ò (B) em função do tempo de contato entre o leito de resinas e a solução aquosa de alimentação.

Para a resina Amberlite IRA 420^®, os resultados mostrados na Figura 1-B indicam que a adsorção de CN no sistema puro foi muito inferior (6%) àquela exibida pela resina Imac HP555s^®(22%). A adsorção de CN nos sistemas CN-Cu e CN-Fe foi semelhante, da ordem de 30%, e um pouco superior aos resultados obtidos pela resina Imac HP555s^® sob as mesmas condições. Por outro lado, a adsorção de CN na resina IRA 420^® no sistema CN-Au (99%) foi sensivelmente maior do que na resina Imac HP555s^® (89%). Contudo apenas 57% de CN foram adsorvidos na resina IRA 420^® no sistema CN-Au-Cu-Fe em comparação com os 64% da resina Imac HP555s^® para o mesmo sistema. Levando-se em consideração uma solução aquosa que simule um efluente típico do processamento hidrometalúrgico de minérios de ouro a resina Imac HP555s^® exibiu melhores resultados para a adsorção de CN a partir de uma solução aquosa com a presença de Au-Cu-Fe.

As Figuras 2-A e 2-B mostram os resultados experimentais para a adsorção de Au, Cu e Fe, nos sistemas estudados, para as resinas poliméricas Imac HP555s^® e Amberlite IRA 420^®, respectivamente.

Figura 2
- Percentual de adsorção de Au, Cu e Fe nos leitos de resinas Imac HP555s^Ò (A)e Amberlite IRA 420^Ò (B) em função do tempo de contato entre o leito de resinas e a solução aquosa de alimentação.

Em termos de adsorção metálica, a resina IRA 420^® apresentou melhores resultados para Au, Cu e Fe, independentemente do sistema estudado, em relação à resina Imac HP555s^®. Enquanto isso, a adsorção de Au no sistema CN-Au e a adsorção de Fe e Cu no sistema CN-Au-Cu-Fe foram sensivelmente inferiores na resina Imac HP555s^®. Assim sendo, para uma solução aquosa que simule um efluente típico de uma unidade de metalurgia extrativa do ouro, o emprego da resina IRA 420^® seria considerado mais apropriado para a extração de Au, Cu e Fe. Como foi discutido anteriormente, no caso da adsorção de CN, a situação de escolha de resinas poliméricas de troca iônica se inverteria.

A solução 0,05N H₂SO₄ que percolou o leito da resina Imac HP555s^® carregada somente com cianeto conseguiu eluir 59,7% de CN, como mostram os resultados da Tabela 1. Por outro lado, 77,8% de CN foram eluídos da resina IRA 420^® com a solução 0,05N H₂SO₄ e sob as mesmas condições experimentais. A eluição com tiouréia não conseguiu remover CN adsorvido às duas resinas. Assim, acredita-se que a maior parte do CN adsorvido à resina devesse estar sob a forma de cianeto livre, devido à ausência de íons metálicos na solução aquosa de carregamento para formar cianocomplexos metálicos. Portanto a ausência de cianocomplexos metálicos no sistema conferiu à solução de H₂SO₄ capacidade de eluir grande parte do CN^- adsorvido às resinas. Outra observação importante é que a passagem da solução de H₂SO₄ pelo leito de resinas forneceu os íons H⁺ que reagiram com os íons CN^- gerando HCN. Por outro lado, com a dissociação do H₂SO₄, ocorreu a disponibilidade de íons SO₄^2- , que podem ter reagido com o cianeto livre para a formação do tiocianato.

Tabela 1
- Resultados da eluição com 0,05N H₂SO₄ e tiouréia das resinas Imac HP555s^® e Amberlite IRA 420^® carregadas.

Para o sistema CN-Au, os resultados da Tabela 1 mostram que somente uma pequena quantidade de cianeto adsorvido às resinas foi eluída pela solução de H₂SO₄. De acordo com esses resultados, supõe-se que a maior parte do cianeto adsorvido às resinas estaria, possivelmente, sob a forma de cianocomplexos de ouro, pois a solução ácida conseguiu eluir somente o cianeto livre adsorvido às resinas poliméricas. Isso poderia explicar a elevada eluição de CN e Au com o emprego de tiouréia.

A Tabela 1 também mostra que apenas com o emprego de tiouréia foi possível eluir algum cobre adsorvido às duas resinas estudadas no sistema CN-Cu, sendo que a eluição de Cu foi dramaticamente superior para a resina Amberlite IRA 420^® (93,2%) em comparação com a resina Imac HP555s^® (18,4%).

No caso do sistema CN-Fe, o emprego de tiouréia praticamente não afetou a eluição de CN e Fe nas duas resinas, de modo que a influência da eluição com a solução ácida só foi notada para a resina HP555s^® (23,4% CN). Assim, a eluição foi muito aquém daquela verificada para os sistemas CN-Au e CN-Cu. Por outro lado, sabe-se, a partir da literatura dedicada a hidrometalurgia do ouro, que a tiouréia não consegue eluir o ferro adsorvido a essas resinas. Isso foi comprovado nesse experimento, uma vez que, após a passagem da tiouréia pelo leito, observou-se uma coloração azul-intensa nas resinas. Isto pode indicar que o complexo de ferro e cianeto, na presença de H₂SO₄, tenha sido oxidado pelo oxigênio, formando-se a espécie hexacianoférrico de coloração azul, denominada azul-da-prússia, e de difícil eluição com tiouréia.

No sistema CN-Au-Cu-Fe, os resultados mostraram valores de eluição com H₂SO₄ que podem ser considerados desprezíveis. A resina IRA 420^® eluiu 48% CN inicialmente adsorvidos empregando tiouréia, enquanto a resina Imac HP555s^® conseguiu eluir apenas 31,2% de CN. Em termos de Au e Fe, a resina IRA 420^® também foi mais eficiente (96,8% Au e 76% Fe), enquanto que a resina Imac HP555s^® eluiu muito mais Cu (86,4%).

Após e eluição com H₂SO₄, observou-se que as resinas estudadas assumiram uma coloração escura, com uma mistura de verde referente ao cobre e azul-da-prússia referente ao ferro. Após a passagem da solução de tiouréia, uma coloração azul ainda permaneceu nas resinas. Provavelmente, essa coloração azul deu-se devido à elevada concentração de ferro remanescente na resina, uma vez que a solução ácida de tiouréia conseguiu eluir pouco de ferro. Após a eluição com tiouréia, detectou-se a formação de tiocianatos. Essa formação foi identificada pelo emprego de nitrato férrico adicionado à solução, o qual provoca uma coloração vermelha-intensa, devido à sua reação com o tiocianato.

Conclusão

De um modo geral, pode-se afirmar que a resina Imac HP555s^® exibiu percentuais mais elevados para a adsorção de cianetos presentes em soluções contendo cianocomplexos metálicos de Au, Cu e Fe, simulando um efluente de processamento hidrometalúgico de minérios de ouro. Por outro lado, a resina Amberlite IRA 420^® apresentou elevados percentuais de adsorção de Au, Cu e Fe, presentes em soluções alcalinas de cianetos, contudo sua seletividade em relação a esses íons foi muito menor do que a seletividade exibida pela resina Imac HP555s^®. Em termos de eluição, a resina Amberlite IRA 420^® mostrou-se mais eficiente para CN (48%), Au (96.8%) e Fe (76%), tendo uma eluição de Cu muito baixa (9,1%). Enquanto isso, a resina Imac HP555s^® somente alcançou resultados mais elevados para a eluição de Cu (86,4%).

Agradecimentos

Os autores agradecem à Companhia Vale do Rio Doce-CVRD, Room&Haas Química Ltda., Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico-CNPq, RECOPE-FINEP/MCT, Programa Núcleos de Excelência em Tecnologia Mineral do Ministério da Ciência e Tecnologia-PRONEX/MCT e Programa Institutos do Milênio/MCT-CNPq, pelo apoio à realização desse trabalho.

Artigo recebido em 16/04/2002 e aprovado em 30/05/2002.

• ¹
  ) ANONIMOUS, Gold & Silver Recovery Innovations, Randol International Ltd., Lakewood CO., v.4, chapters 21/30, 1983.
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• 3) GILMORE, A. J., GOW, W. A. Cyanide recovery from gold-barren waste solutions. A literature review Ottawa: Department of Mines and Technical Surveys, 1963. (Information Circular IC45).
• 4) SILVA, A.L., MARTINS, A.H. Regeneração de cianetos pelo processo AVR utilizando resinas poliméricas de troca iônica impregnadas com extratantes orgânicos. In: CONGRESSO ANUAL DA ABM-INTERNACIONAL, 56. Anais... Belo Horizonte, p. 1423-1432, 16 e 19 de julho de 2001.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  29 Out 2002
• Data do Fascículo
  Abr 2002

Histórico

• Aceito
  30 Maio 2002
• Recebido
  16 Abr 2002