Cinética de minerales sulfurados

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LABORATORIO CINÉTICA METALURGICA SESIÓN N° 113

PRACTICA LABORATORIO 10: CINÉTICA DE MINERALES SULFURADOS

Nombre: ……………………………………………………………… Grupo: ……………. Fecha: ………………………………[pic 5]

Charla de 5 minutos

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1. OBJETIVO

Estudiar la cinética de la lixiviación de los súlfuros en medio ácido utilizando un modelo cinético que representa el proceso de lixiviación de cobre.

1. FUNDAMENTO

La calcopirita (CuFeS2) representa aproximadamente el 80% del cobre disponible en la corteza terrestre, y la especie principal en muchos concentrados de cobre. En la hidrometalurgia del cobre, la calcopirita como la enargita, son refractarias a la lixiviación en medio sulfato, tal como se aprecia en la Figura 2.1.

Figura 2.1

Grado de lixiaviabilidad de minerales sulfurados de cobre[pic 7]

La cinética de la lixiviación en medio cloruro-ácido sulfúrico la velocidad de disolución del cobre puede incrementarse de 3 a 5 veces la velocidad en medio sulfato. A altas velocidades de disolución de la calcopirita se han medido a bajos potenciales, en el rango de 450 a 650 mV/ENH (Peters, 1976; Third et al., 2000; Hiroyoshi et al., 1997; 2001).

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La disolución de la calcopirita con oxígeno en soluciones ácidas se puede representar por la reacción (1).

CuFeS2 + O2 + 4 H+ → Cu+2 + Fe+2 + S0 + 2H2O        (1)[pic 9]

Cuando ocurre la lixiviación férrica, la oxidación férrica de la calcopirita se puede representar por las reacciones (2) y (3), siendo disuelta por los iones férrico, produciendo ión ferroso que es re-oxidada por el oxígeno contenido en la solución ácida:

CuFeS2 + 4 Fe+3 → Cu+2 + 5Fe+2 + 2S0        (2)

Fe+2 + O2 + 4H+ → 4Fe+3 + 2H2O        (3)

La lixiviación de sulfuros en medio clorurado se obtiene buenos resultados debido a que la cinética de lixiviación de la calcopirita es mejor en comparación a una lixiviación en medio sulfato. El ion cloruro mejora la lixiviación debido a que forma complejos clorurados, mayor actividad anódica en el medio cloruro y cambios en la morfología de la superficie de los productos de la reacción, el punto de adición se muestra en la Figura 2.2 (Carneiro & Leão, 2007).

Figura 2.2

Formación de azufre como producto de reacción (a) NaCl + H2SO4; (b) H2SO4

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¿CaCl2 o NaCl?

La característica del proceso CuproChlor, es la adición de la sal de cloruro de calcio (CaCl2) en la etapa de aglomeración que permite mejorar las propiedades de la pila y proporcionando un medio cloruro para la lixiviación. Ver Figura 2.3.

Figura 2.3 Formación[pic 11]

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Figura 2.4

Punto de adición del cloruro de sodio

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Cinética Cuprochlor (ver Figura 2.5)

1. El proceso Cuprochlor posee una etapa de lixiviación con solución intermedia y tres etapas de lavado con refino.
2. La primera etapa se caracteriza por un control químico, en los primeros días se recupera más de la mitad del Cu+2.
3. En las etapas posteriores de lavado tienen control por difusión del cobre desde el mineral a la solución.

Tabla 2.1

Principales minerales sulfurados de cobre

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Figura 2.5

Curva recuperación metalúrgica - Cinética Cuprochlor

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La fenomenología del proceso CuproChlor se basa en las cuplas redox Fe+2/Fe+3 y Cu+1/Cu+2, ver figura 2.6

Figura 2.6

Reacciones proceso CuproChlor[pic 17]

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Reacciones químicas

CuFeS2 + 3Cu+2 + 6 Cl-1 → 4CuCl + FeCl2 + 2So        ΔG° = -73,4 kjmol-1 CuFeS2 + 3CuCl+1 + 3Cl-1 → 4CuCl + FeCl2 + 2So         ΔG° = -65,3 kjmol-1[pic 19][pic 20]

Figura 2.7

Región de bajo potencial redox[pic 21]

La ganga asociada a minerales oxidados y sulfurados, en medio cloruro-ácido sulfúrico tiende a tener una estructura más cristalina que en medio sulfato (amorfa), lo que favorece la permeabilidad en el lecho de mineral (favorable para minerales muy arcillosos).

Es fundamental para el éxito del proceso: 1) El punto de adición del cloruro de sodio para combinarlo con el ácido sulfúrico concentrado para generar “in situ” HCl, 2) Un tiempo óptimo de reposo del aglomerado, mayor al empleado en medio sulfato y 3) La presencia de un agente oxidante para evitar la precipitación del CuCl.

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Tabla 2.2

Mecanismo cinético más probable

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Este agente lixiviante ayuda a que la capa de azufre elemental producida, que rodea al mineral se torne porosa, y pueda ser posible la lixiviación del mineral un poco más rápida. En la Figura 2.8 se muestra la pasivación de la covelina (Ipinza, Flaquer, 2014).

El uso de cloruro de sodio como agente lixiviante en el tratamiento de sulfuros da buenos rendimientos, las especies más usadas son: 1) sal férrica en medio cloruro, 2) cloruro férrico FeCl3, y 3) cloruro cúprico, CuCl2.

Figura 2.8

Representación del efecto del NaCl sobre la capa pasivante de azufre elemental

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1. PARTE EXPERIMENTAL

1. Muestra

El material sintético usado para las pruebas experimentales es la digenita (Cu9S5) 21 gramos, proveniente de un laboratorio especializado en muestras minerales, tal como, SIGMA-ALDRICH. La muestra se homogeniza y se preparan 4 muestras de 3 gramos cada una. Las características de la digenita sintética se muestran en la Tabla 2.3.

Tabla 2.3

Características físicas de la digenita sintética[pic 27]

1. Materiales y equipos

• 1 reactor de vidrio discontinuo abierto de 2 litros, con calefacción para calentar al lixiviante, con condensador para evitar pérdidas de solución lixiviante, con termocupla para medir la temperatura del lixiviante, con agitador.

Figura 2.9

Equipo utilizado en el desarrollo del trabajo experimental

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Nota. 1) Reactor de vidrio de cuatro aberturas, 2) Condensador, 3) Termocupla,

1. Manta calefactora, 5) Agitador mecánico y varilla, 6) Cuarta abertura y 7) Tomador de muestra.

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• 1 filtro de vacío Figura 2.9

Equipo utilizado para filtrar muestra lixiviación

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Nota. 1) Embudo Büchner, 2) Matraz Erlenmeyer, 3) Bomba de vacío.

• 1 balanza de alta precisión
• 1 pinza
• 1 termocupla
• 1 vaso de precipitados de 2 L, 1 L, 500 mL, 250 mL y 100 ml
• 5 vasos de precipitados de 20 mL
• 1 matraz de aforo o fiola de 1000 mL
• 10 tubos de ensayo
• 10 papel filtro
• 1 probetas 250, 500 mL
• Calentador eléctrico
• pH metro
• Cronometro
• Termómetro
• Ácido sulfúrico
• Sulfato férrico
• Cloruro de sodio
• EPPs básicos

3.3. Procedimientos

La prueba experimental está constituida por: montaje del equipo experimental, la preparación de la solución y la realización de la prueba experimental.

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