CINÉTICA DE LA LIXIVIACION DE Zns CON

CINÉTICA DE LA LIXIVIACION DE Zns CON

INTRODUCCIÓN.

El tratamiento hidrometalúrgico de menas sulfurosas, como alternativa a los procesos pirometalúrgicos, mediante el proceso de lixiviación con un agente oxidante, puede ser menos contaminante en la emisión de gases como el SO2 que sales de las chimeneas de los hornos de tostación y es de elevado costo la limpieza de estos gases, sin embargo en la disolución o lixiviación de estos minerales no generan este problema ya que de acuerdo al medio, ácido ó básico, el producto que contiene el sulfuro puede ser menos complicado la precipitación y retención de este elemento.

A diferencia de los minerales oxidados la lixiviación de minerales sulfurosos requieren un agente oxidante o un agente reductor para que el metal pase a la solución, y se pueda obtener al metal deseado.

Existen en la realidad industrial dos grandes modalidades para el tratamiento de los minerales sulfurados. En efecto, si bien su origen en los yacimientos pueden ser el mismo, las tendencias habituales del tratamiento de los sulfuros ha creado las modalidades de:

Tratamiento directo de los minerales sulfurados, sea IN SITU, en botaderos (DUMPS) o en pilas, entre estos últimos cobra especial relevancia la reciente incorporación másica de la lixiviación bacteria. El tamaño de las partículas en este caso son por ejemplo, bajo ½ de pulgada.

Tratamiento de concentrados sulfurados producidos generalmente por molienda y flotación desde los minerales. Un proceso análogo es el de la molienda de matas sulfuradas enfriadas. El amaño de partículas es típicamente bajo 200#.

OBJETIVOS.

Determinar la ecuación que describa la cinética de la disolución del en

Estimar las constantes cinéticas de dicha ecuación.

FUNDAMENTO TEÓRICO.

REACCIÓN DE DISOLUCIÓN.

En general, las especies minerales sulfuradas son insolubles en agua, aun a altas temperaturas. Sin embargo, desde el punto de vista de su comportamiento frente a la disolución, los minerales sulfurados pueden clasificarse entre los que se disuelven:

En presencia de ambientes reductores, generando sea H2S, si se trata de un medio ácido, o bien liberando el ion, S2– si es en ambiente alcalino.

En presencia de agentes oxidantes, generando azufre elemental, S0, el que si bien en condiciones neutras o alcalinas se oxida a sulfato, en condiciones acidas puede mantenerse estable como tal.

Consecuentemente lo dicho se resume en la siguiente figura:

Figura 1. Tratamiento de lixiviación de sulfuros y tipo de producto final para el azufre contenido

Figura 2. Diagrama Eh – pH para el azufre a 25℃, mostrando la estabilidad de sus productos

La disolución del en se muestra en la siguiente reacción química:

MODELO DEL NUCLEO SIN REACCIONAR CON CAPA DE PRODUCTO.

La reacción química se presenta por ser heterogénea, la cual se puede representar de manera general como sigue:

En la que se la partícula solida va reaccionando y se tiene como producto una capa que mantiene constante el tamaño de la partícula.

Figura 3. Reacción de la partícula de ZnS sin disminución de tamaño en un tiempo dado.

La cinética de la disolución de este sulfuro estará controlada por una de las etapas para lo cual se tiene las respectivas ecuaciones que se ajustaran a un modelo matemático para determinar la dependencia del la cinética de disolución del ZnS.

Las etapas que ocurren el este proceso son:

1ra ETAPA: Difusión del reactivo que fluye “A” a través de la película o capa límite que rodea a la partícula sólida.

2da ETAPA: Penetración y difusión de “A” a través de la capa de producto hasta la superficie del núcleo que no ha reaccionado

3ra ETAPA: Reacción del reactivo “A” con el sólido en esta superficie de la reacción.

4ta ETAPA: Difusión de los productos fluidos formados a través de la capa de producto sólido formado hacia la superficie del exterior.

5ta ETAPA: Difusión de los productos que se mueven a través de la película de la capa limite de regreso al cuerpo principal del fluido.

Las respectivas ecuaciones para el caso de la disolución del ZnS comparándolas como una ecuación lineal, para las etapas que influyen a la cinética de disolución:

Difusión del reactivo que fluye “A” sobre la capa limite de la partícula sólido como etapa controlante

Difusión del reactivo fluido a través de la capa producto como etapa controlante

Reacción química como etapa controlante:

Donde:

EXPERIMENTACIÓN.

EQUIPO Y MATERIALES.

Un agitador magnético

Una balanza

Un vaso de precipitado de 400 mL

Una pipeta de succión

5 recipientes pequeños para las muestras de 5 mL

Un cronometro

Muestra de ZnS en partículas finas.

Solución de sulfato férrico

PROCEDIMIENTO.

Pesar exactamente 1 gr de la muestra de mineral a lixiviar con la mayor precisión posible

Preparar en el vaso de precipitado de 400 mL una solución de 250 mL de concentración 0.5 M de sulfato férrico

Colocar el vaso en el agitador y cronometrar tiempos definidos y extraer muestras a esos tiempos.

Extraer 5 mL de muestra y aforar cada muestra hasta 50 mL

Las muestras extraídas y colocadas en los pequeños envases llevar a análisis de sus concentraciones.

Figura 4 Equipo y materiales

DATOS Y RESULTADOS.

Tabla 1. Datos experimentales del proceso de disolución de ZnS

Nº de Prueba 1 2 3

volumen de solución [mL] 250 250 250

masa ZnS [gr] 1 1 1

Velocidad de agitación [rpm] 300 300 300

concentración de H2SO4 [mol/L] 0,1 0,1 0,1

Temperatura [℃] 42 70 70

Concentración de Fe2(SO4)3 [mol/L] 0,1 0,1 1

tamaño de grano [um] 75 75 75

Figura 5. Ajuste de datos de las pruebas 1,2 y 3 para la difusión por la capa límite que rodea a la partícula

Figura 6. Ajuste de datos de las pruebas 1,2 y 3 para la difusión en las cenizas

Figura 7. Ajuste de datos de las pruebas 1,2 y 3 para la reacción química

La etapa controladora del proceso es la difusión en las cenizas ya que es la etapa más lenta.

Determinación de ( ) el coeficiente de difusión

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