OXIDACION DE ENARGITA EN ATMOSFERAS DE NITROGENO-OXIGENO A TEMPERATURAS ALTAS

OXIDACION DE ENARGITA EN ATMOSFERAS DE NITROGENO-OXIGENO A TEMPERATURAS ALTAS

A. Aracena, M.C. Ruiz y R. Padilla

Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Universidad de Concepción, CHILE

rpadilla@udec.cl

RESUMEN El arsénico se encuentra en los concentrados de cobre como impureza, generalmente en la forma de enargita(Cu3AsS4). En el proceso convencional de fusión/conversión de concentrados de cobre, el arsénico se distribuye en las distintas fases involucradas en el proceso. Por lo tanto, el conocimiento de la velocidad de oxidación/volatilización de arsénico es importante para el control de este elemento en el procesamiento a alta temperatura. En este trabajo se presentan datos experimentales de oxidación/volatilización de arsénico desde enargita en una atmósfera de oxígeno - nitrógeno. Se estudió el efecto de las principales variables que inciden en la volatilización de arsénico desde enargita: temperatura en el rango de 500-1100 oC y concentración de oxígeno en el rango de 5- 21% O2. El trabajo experimental fue desarrollado en un aparato termogravimétrico convencional. La reacción de oxidación/volatilización de la enargita se cuantificó por análisis de la pérdida de peso que la muestra experimenta en el tiempo. Los residuos sólidos obtenidos en ciertas condiciones particulares se analizaron por difracción de rayos-X para la determinación de las fases intermedias o finales formadas. Los principales resultados indicaron que la fracción de pérdida de peso que experimenta la enargita en el tiempo, tanto a temperaturas bajas (600 oC) como altas (1100 oC), pasa por un máximo de 0.45. Los análisis de difracción de rayos-X indicaron que el compuesto presente en este máximo es Cu2O. Los análisis de rayos-X también sugieren que la enargita se descompone a tenantita (Cu12As4S13) y después a calcosina (Cu2S), y que el producto final de la transformación es CuO. La temperatura tiene una influencia marcada en la velocidad de transformación de la enargita, así a 600 oC la máxima pérdida de peso ocurrió en aproximadamente 20 min, mientras que a 1000 oC, la máxima pérdida de peso se alcanzó en alrededor de 2 min. Similarmente, la presión parcial de oxígeno tiene también un efecto significativo en la velocidad de transformación de la enargita. Así a 550 oC, en 1 % O2 se alcanzó una fracción de 0.4 en 60 min mientras que en 5%O2, la misma pérdida de peso se alcanzó en cerca de 15 min.

Tópico 1: Metalurgia Extractiva

Palabras claves: Enargita, oxidacion, volatilizacion, arsenico

1. INTRODUCCIÓN El arsénico es un elemento tóxico presente en los concentrados de cobre como impureza, generalmente en la forma de enargita, Cu3AsS4. En fusión/conversión de concentrados de cobre con contenido de enargita, el arsénico se distribuye en las distintas fases involucradas en el proceso. De estas fases, la fase gas es la que contiene la fracción más importante del arsénico debido a que los compuestos de arsénico tienen presiones de vapor significativas a bajas temperaturas. Por lo tanto, el conocimiento de la velocidad de oxidación/volatilización de arsénico en el rango de temperaturas de tostación y fusión de concentrados de sulfuros incidiría directamente en el control de este elemento en procesos pirometalúrgicos.

IBEROMET XI X CONAMET/SAM 2 al 5 de Noviembre de 2010, Viña del Mar, CHILE

Respecto a la volatilización de arsénico desde enargita, Padilla et al.[1] determinaron que en ambiente neutro, en el rango de temperatura de 575-700 ºC, enargita se descompone a tenantita, la cual se descompone consecutivamente a Cu2S no estequiométrico, con volatilización de arsénico como As4S4(g), según la siguiente reacción global:

(Cu3AsS4)4 = 6Cu2S1+x + As4S4(g) + (3-3x)S2(g) (1)

En ambiente oxidante, la siguiente reaccione fue planteada para la oxidación de enargita [2,3]:

4Cu3AsS4 (s)+ 13O2 (g)= 6Cu2S(s) + 2As2O3(g) + 10SO2(g) (2)

y mas recientemente[4]:

4Cu3AsS4 + 13O2 = 6Cu2S + 10SO2 + As4O6 (3)

El objetivo de este trabajo fue estudiar la velocidad de oxidación / volatilización del arsénico desde enargita en condiciones de temperaturas de tostación y fusión (500-1100 ºC) bajo diferentes concentraciones de oxígeno en la fase gas.

2. TRABAJO EXPERIMENTAL Las muestras de enargita se obtuvieron de la Minera El Indio (Barrick Corporation, Chile), las cuales eran minerales en trozos grandes (10 – 15 cm) que contenían cristales puros de Cu3AsS4. Estas muestras fueron trituradas, molidas y clasificadas por tamizado en varias fracciones de tamaño. El análisis químico de la muestra de tamaño -75 +53 µm mostró que contenía 18.6% As, 46.9% Cu y 33.3% S. Basado en este análisis y suponiendo que el arsénico se encuentra solamente como enargita, el contenido de enargita en la muestra era de 98.7%. El análisis de difracción de rayos X de la muestra de enargita se muestra en la Figura 1 en la cual se puede observar líneas de difracción correspondiente a una muestra de enargita esencialmente pura.

Figura 1. Espectro de rayos X de la muestra de enargita

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Experimentos de oxidación/volatilización

Para los experimentos, se construyó un aparato termogravimétrico convencional que consistía de un horno de tubo vertical, una balanza electrónica, una unidad de control de temperatura, y sistemas de adquisición de datos y un sistema de distribución de gases. Los experimentos se realizaron con 50 mg de muestra en un crisol de porcelana. Para comenzar una prueba se calentaba el tubo de reacción a la temperatura de trabajo y se ingresaba el gas de reacción (mezcla de oxígeno-nitrógeno) con un flujo de 1 L/min, que se mantenía constante durante el experimento. Cuando la temperatura se estabilizaba, se ingresaba la muestra de enargita en el reactor suspendiendo el crisol desde la balanza electrónica mediante una cadena de cuarzo. Durante la prueba se registraba el peso de la muestra cada 3 segundos. Se realizaron pruebas a distintos tiempos de reacción para la determinación de los productos intermedios y finales de reacción mediante análisis por difracción de rayos-X.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados experimentales del estudio de oxidación /volatilización de enargita en atmósfera de 21 % oxígeno -79 % nitrógeno se muestran a continuación.

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