Recuperació d'antimoni i bismut de residus de la indústria metal·lúrgica del coure: un exemple de recuperació d'elements crítics

Abstract

Actualment, l’alta activitat minera està provocant un esgotament dels recursos miners. Llavors cal buscar altres alternatives per trobar aquests recursos d’interès. En el 2015 la Unió Europea va proposar la implementació de models d’economia circular, que intenten reaprofitar els residus per extreure compostos de valor afegit. A més a més, altres iniciatives com la Llista de materials crítics (“List of Critical Raw Materials”) promou la implementació d’esquemes circulars. La indústria metal·lúrgica és una de les principals afectades per l’esgotament dels recursos minerals. Avui en dia es fan servir minerals de menor puresa, que poden afectar al procés de producció i a la qualitat final del producte. Una d’aquestes produccions és la de coure, on s’utilitzen minerals de menor puresa cada cop amb més freqüència. Aquestes impureses es troben al bany electrolític, on es produeix el coure pur (99.999%). Dins d’aquestes impureses es poden trobar el bismut, l’antimoni (considerat un material crític per la Unió Europea) i l’arsènic, entre molts altres. La presència d’aquests elements en els banys electrolítics suposa una reducció de la qualitat del coure produït que obliga a realitzar complexos processos d’eliminació d’aquests per tal de reduir-ne la concentració als banys electrolítics. Dins d’aquestes possibilitats existeixen les purgues de corrents dins dels banys, o també la incorporació de processos de bescanvi iònic permetent l’eliminació i/o reducció dels valors de Bi, Sb i As. La regeneració amb dissolucions d’àcid clorhídric concentrat (6-7 M) de les resines de bescanvi iònic suposen una generació de corrents riques en Sb, Bi i As que són gestionades amb un tractament físicoquímic amb CaO(s) per a dipositar-les en abocadors de residus especials. Llavors, en aquest treball s’ha estudiat la recuperació d’aquests dos elements (Sb, Bi) a partir de la valorització d’un residu com el que prové del bany electrolític, que està format per una mescla d’àcids (HCl, H2SO4 i H3AsO3), mitjançant l’extracció líquid-líquid. D’aquesta forma es reduirà la producció d’un residu classificat com especial i tòxic per la presència d’elements com As, Sb i Bi, i a més es promou la recuperació d’elements com el Sb i Bi. En el cas del Sb és rellevant el fet que ha estat inclòs en la llista de matèries crítiques de la EU. S’ha seleccionat una fase orgànica composta per l’extractant Cyanex 923 dissolt en querosè. S’han estudiat diverses condicions, on s’ha variat la concentració de Cyanex 923 y la de la dissolució a tractar. A partir de les dades experimentals, s’han obtingut les isotermes d’extracció i les ràtios de distribució i separació. A més a més, s’ha determinat l’estequiometria de l’extracció. També s’han fet estudis de la regeneració de la fase orgànica amb aigua ultrapura. Per últim, es va estudiar si seria possible separar els dos elements (l’antimoni i el bismut) mitjançant una precipitació. Els resultats experimentals van demostrar que va ser possible extreure l’antimoni i el bismut de la fase aquosa (%E del 100%) a diferents concentracions de Cyanex 923 (0,25M – 1,00M) i d’elements en l’alimentació. En canvi, l’arsènic presentava un comportament diferent, amb extraccions majors a altes concentracions de Cyanex 923 o amb baixes concentracions de l’alimentació. Les ràtios de distribució van mostrar una baixa selectivitat de la fase orgànica per l’arsènic (<1) i una alta pels altres dos elements (>50). Finalment, es va observar que l’aigua ultrapura no és un bon regenerador de la fase orgànica, ja que només va ser possible extreure arsènic (<30%), mentre que els altres dos elements van quedar retinguts al Cyanex 923. Llavors, caldria provar si altres compostos, com l’HCl o l’HNO3, serien efectius en aquest cas.