One-Stage Leaching of Osmium-Rhenium Containing Lead Cake Using Various Oxidizing Agents

Resumen Técnico: Lixiviación en una sola etapa de torta de plomo que contiene osmio-renio utilizando diversos agentes oxidantes

Planteamiento del problema
El estudio aborda la recuperación de metales raros valiosos, específicamente el osmio (Os) y el renio (Re), a partir de torta de plomo, un subproducto sólido del procesamiento pirometalúrgico de concentrados de cobre en Kazajistán. Si bien los métodos hidrometalúrgicos son preferibles a los pirometalúrgicos debido a las temperaturas más bajas y la instrumentación más sencilla, los métodos existentes para procesar productos intermedios sólidos (polvo, lodo y torta) enfrentan limitaciones significativas. Los enfoques previos suelen sufrir de una recuperación de metal insuficiente, el requerimiento de procesos de múltiples etapas (como el pre-tostado), o la incapacidad de manejar materias primas específicas como la torta de plomo, la cual difiere químicamente del lodo de plomo (al carecer de humedad y ácido sulfúrico). Además, muchos de los métodos existentes a escala de laboratorio no logran aislar eficazmente el osmio de la fase sólida en una sola etapa o no producen un flujo continuo adecuado para la aplicación industrial.

Metodología
Los investigadores desarrollaron y probaron una unidad de lixiviación por columna continua diseñada para procesar torta de plomo que contiene osmio-renio en una sola etapa.

• Aparato: Se utilizó una columna de destilación de vidrio con camisa (50 mm de diámetro interno, 920 mm de longitud útil). El sistema opera con una alimentación continua de la pulpa de la torta desde la parte superior y una solución oxidante desde la parte inferior, con una descarga continua de la pulpa de lixiviación.
• Materia prima: La materia prima consistió en torta de plomo que contenía aproximadamente 59.51% de Pb, 11.98% de S y trazas de metales nobles/raros (34 g/t de Os y hasta 1450 g/t de Re). El plomo existía principalmente como sulfato de plomo (77.64%), con el renio distribuido entre formas solubles en agua, disulfuros (ReS2) y óxidos inferiores, y el osmio presente como complejos de sulfito y óxidos.
• Variables experimentales: El estudio evaluó la eficacia de diversos agentes oxidantes: peróxido de hidrógeno (H2O2), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3), una solución de hipoclorito de sodio ("Belizna") y dicromato de potasio (K2Cr2O7).
• Condiciones del proceso: Los experimentos se realizaron a temperaturas entre 48°C y 72°C (con un enfoque en 60°C). Se varió la relación líquido-sólido (L/S) y se monitoreó la duración de la lixiviación.
• Análisis: La composición elemental se analizó mediante espectrometría de absorción y emisión atómica. Las concentraciones de metales raros en la fase líquida se monitorearon fotométricamente. La morfología y la composición de fase de la torta post-lixiviación se examinaron mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) acoplada con Espectroscopía de Energía Dispersiva (EDS) y Espectroscopía de Dispersión de Longitud de Onda (WDS).
• Recuperación de productos: El renio se recuperó de la solución ácida como perrenato de amonio (NH4ReO4) mediante sorción y desorción de intercambio aniónico. El osmio se capturó como gas volátil de OsO4, condensado en adsorbedores alcalinos que contienen NaOH y Na2S para precipitar sulfuro de osmio comercial (OsS2).

Resultos clave
El estudio comparó el desempeño de diferentes sistemas oxidantes en lotes de 100 gramos de torta:

1. Peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico: El aumento en el consumo de H2O2 y H2SO4 mejoró las tasas de recuperación. Sin embargo, las variaciones de temperatura (48–72°C) tuvieron efectos insignificantes en la eficiencia de extracción.
2. Ácido nítrico: Cuando se utilizó como oxidante, el ácido nítrico no logró destruir eficazmente la matriz mineral de la torta. El análisis SEM reveló que la torta resultante conservaba una microestructura compleja con impurezas, lo que hace que este método sea impracticable para procesos de columna industriales.
3. Dicromato de potasio (K2Cr2O7): Este agente demostró una alta eficiencia, logrando una recuperación de renio del 91.2% y de osmio del 98.8%. El análisis SEM de la torta residual mostró sulfato de plomo puro (PbSO4) sin impurezas detectables, lo que indica una descomposición completa de la matriz original. No obstante, los autores señalaron desventajas significativas: el alto costo del reactivo, la complejidad de obtener perrenato de amonio de una solución que contiene dicromato y el gasto de neutralizar la solución agotada.
4. "Belizna" (Hipoclorito de sodio): Este agente proporcionó los resultados más equilibrados. Bajo condiciones casi óptimas (60 mL de agua, 70 mL de H2SO4 concentrado, 400 mL de "Belizna", relación L/S de 5.3, a 60°C), el sistema logró una recuperación de renio del 99.1% y una recuperación de osmio del 96.8%. La productividad específica fue de 100 gramos de torta por hora. La solución resultante es adecuada para procesos estándar de sorción-desorción sin las complicaciones asociadas con el dicromato.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma presentar un proceso hidrometalúrgico novedoso y eficaz para la lixiviación en una sola etapa de torta de plomo que contiene osmio-renio utilizando un aparato de columna continua. La contribución principal es la identificación de "Belizna" (hipoclorito de sodio) combinado con ácido sulfúrico como el sistema oxidante óptimo que evita las desventajas del dicromato de potasio manteniendo altas tasas de recuperación.

El estudio demuestra que este proceso de una sola etapa puede producir simultáneamente:

• Una solución de ácido de renio adecuada para la producción de perrenato de amonio crudo.
• Sulfuro de osmio comercial.
• Una torta de lixiviación que contiene sulfato de plomo, la cual puede ser utilizada en la metalurgia del plomo.

Los autores concluyen que este enfoque ofrece una alternativa prometedora y comercialmente viable a los métodos pirometalúrgicos de múltiples etapas o a las rutas hidrometalúrgicas complejas, diseñadas específicamente para los subproductos sólidos del procesamiento de concentrados de cobre en Kazajistán. El trabajo cuenta con el apoyo del Comité de Ciencia del Ministerio de Ciencia y Educación Superior de la República de Kazajistán.