Introducción

Las tierras raras (REE por sus siglas en inglés: Rare Earth Elements) no existen como metales naturales por lo cual se encuentran en la naturaleza contenidas en minerales en estado sólido. Existen más de 250 minerales que contienen REE, sin embargo, solo tres (bastnasita, monacita y xenotima) son explotados por ser económicamente rentables a escala comercial. La bastnasita es el principal mineral portador de REE (Mountain Pass, CA, EE. UU y Bayan Obo, China), y los otros dos existen como depósitos de arenas pesadas ^[1]. El procesamiento para el beneficio de estos minerales ricos en REE ha sido ampliamente estudiado, con el objetivo de diseñar diagramas de flujo para su procesamiento ^[2]. Su procesamiento y beneficio establecen combinaciones de procesos de gravimetría, separación magnética y flotación ^[3,^4].

El material utilizado para este trabajo (Mineral R) proviene del norte del Estado de Coahuila, México. Se reporta que en esta zona la mineralización está alojada en estructuras de cuerpos lenticulares y tubiformes en posición vertical y como diseminaciones en cuerpos intrusivos de skarn de carbonatita y ferrocarbonatita.

En forma cuantitativa, la mayor concentración está en el mineral de hierro (con excelentes características magnéticas) y zinc a partir del valor económico; la parte más valiosa está formada por cuerpos de morfología de venas grandes con altas concentraciones de fosfatos de apatita, con grados de hasta 2% y 4% de óxidos de elementos de REE contenidos juntos con fosforo que varía entre el 5% al 25%.

En este trabajo se investiga sobre la propuesta de un esquema de procesamiento de un mineral con contenidos importantes de RRE, utilizando primeramente flotación en espuma, seguido de un proceso de separación magnética y lixiviación ácida de los productos de este proceso.

Desarrollo experimental

El primer paso fue llevar a cabo la caracterización del mineral, Tabla 1. Se determinó la composición elemental mediante la técnica de Fluorescencia de Rayos X, con el objetivo de poder identificar los elementos de mayor abundancia del material de estudio. Para esto, se empleó un equipo de fluorescencia de Rayos X Panalytical modelo Epsilon, de la Universidad Autónoma de Coahuila.

Resultados

Inicialmente como proceso de beneficio del mineral, se realizaron pruebas de flotación con el objetivo de poder visualizar mediante los análisis químicos, en que producto de la flotación se concentran las REE (concentrados o colas). Se efectuaron cuatro pruebas.

En la Tabla se muestran los resultados obtenidos por FRX para cada una de las pruebas de flotación. Se observa que el P y Ca, responden a la adición del ácido graso, promoviendo su flotabilidad y concentración. Es aquí donde se observó que las REE, tienden a concentrarse en el principal producto de flotación (concentrados) obteniendo leyes en La y Ce de hasta 1800 ppm para ambos elementos. De igual forma, los reactivos depresores de Fe y Si, cumplieron el objetivo de concentrar en las colas dichos elementos.

En este punto, observando que las leyes de Fe en las colas de flotación, se elevaron gracias a los reactivos depresores de Fe, se procedió a procesar por separación magnética las cuatro colas de flotación.

El objetivo de este proceso, es poder eliminar la mayor cantidad de Fe de las colas de flotación y determinar si las REE tienden a concentrase en el producto magnético o No magnético. A continuación, en la Tabla 5, se muestran los resultados de FRX.

Se observa que de una ley de cabeza de 47.040% en Fe, el producto No magnético disminuyó a una ley del 24.380% en Fe. En este producto, los elementos Si, P y Ca, se concentran significativamente, al igual que el La y Ce, con leyes de 1700 ppm y 1800 ppm respectivamente. Por otra parte, para el producto magnético las leyes de los elementos La y Ce decayeron hasta 600 ppm y 700 ppm.

El siguiente proceso para la extracción de las REE, consistió en lixiviar los productos del proceso de la separación magnética. En la Tabla 6 se presentan los resultados de mayor relevancia.

Las lixiviaciones se realizaron utilizando H₂SO₄ y HCl como agentes lixiviantes. Para las pruebas de lixiviación del material magnético utilizando los mismos ácidos lixiviantes, se observa que, con ambos ácidos, el P es lixiviando en su totalidad, el Fe presenta una mejor respuesta de disolución utilizando H₂SO₄, y las REE tienden a disolverse con mayor eficacia utilizando HCl.

El material No magnético, presentó una mejor respuesta en la disolución de La y Ce, al utilizar ácido clorhídrico, obteniendo leyes de 50 ppm y 440 ppm respectivamente. De igual forma, tanto el P y el Ca fueron prácticamente diluidos en su totalidad. La ley de Fe al utilizar HCl no presenta un significativo cambio. Por otro lado, al utilizar ácido sulfúrico como agente lixiviante en este mismo material, el valor de mayor relevancia se observó en la ley de Fe, obtenido una ley final de 16.980%. Para el caso del La y Ce, no se presentaron cambios relevantes en sus leyes.

Conclusiones

Se valida lo reportado en la literatura, donde se menciona que los procesos de separación magnética en concentrados con REE no son muy eficientes, proponiendo que el método de flotación es el indicado para la concentración de REE.

Para este trabajo, basándonos en los análisis químicos por FRX, se observa que el método de mayor eficacia para la concentración de REE es la flotación, obteniendo leyes, en el peor de los casos de 800 ppm hasta 1400 ppm, 1800 ppm de La y Ce, valores prácticamente similares a los obtenidos en el producto No magnético del proceso de separación magnética (1700 ppm y 1800 ppm de La y Ce). Por lo cual, la separación magnética, para este caso de estudio, es un proceso que no aporta datos significativos en la línea del beneficio de las REE.

En términos de porcentajes de extracción, el H₂SO₄ en el material magnético logra lixiviar el 48.14% de La y 50% de Ce. Con HCl, se disuelve el 66.66% de La y 82% de Ce. En cambio, para el material No magnético, se obtuvieron valores de extracción con H₂SO₄ de 14.81% de La y 0% de Ce. Los mejores resultados para este material se obtuvieron con el HCl, alcanzando extracciones hasta del 93.82% de La y 56% de Ce.

El utilizar H₂SO₄ y HCl para lixiviar ambos materiales (Mineral R magnético y No magnético) demuestra que la vía de mayor eficacia para disolver el La y Ce, es el HCl, a una concentración de 3.79 [M]. Sin embargo, es importante realizar distintas pruebas de lixiviación con variadas concentraciones de ácidos, que sirvan para hacer más eficiente el proceso.