2Je INFORME FINAL PROYECTO FONDECYT REGULAR. 3 años NÚMERO PROYECTO RAFAEL PADILLA DURAN INVESTIGADOR(A) RESPONSABLE. Edmundo Larenas 285, Concepción

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1 INFORME FINAL (OUIEWt) DE IflLE COtvT PROYECTO FONDECYT REGULAR años NÚMERO PROYECTO 3 DURACIÓN AÑO DE EJECUCIÓN RAFAEL PADILLA DURAN INVESTIGADOR(A) RESPONSABLE RUT Edmundo Larenas 285, Concepción DIRECCION FONO rpadilla@udec.cl PERÍODO QUE INFORMA 15 / 03 / / 03 /2008 DESDE HASTA CONTENIDO (MARQUE CON UNA X EL CASILLERO QUE CORRESPONDA) INCLUYE NO INCLUYE Formulario de Informe Final Publicaciones Resumen de Tesis Título/Grado Información acerca de inventos y patentes Otros (especificar) Artículos en Congresos Informe Incentivo Coop. Internacional (Si corresponde) Firma varia Cristina Ruiz Firma Investigador(a) Responsable -- 2Je Fecha: 12 / 02j2OO

2 CONTENIDO DEL INFORME FINAL I. CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS PLANTEADOS EN EL PROYECTO. Marque con una X el casillero correspondiente. Objetivos Cumplimiento Fundamentar el cumplimiento Total Parcial No parcial o incumplimiento 1. Estudio: Lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada. - Determinación de efectos de principales variables. 2. Estudio: Lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada. - Determinación de la cinética y etapa X controlante de la disolución de covelina. 3. Estudio: Lixiviación a presión de concentrado de enargita x 4. Estudio: Lixiviación a presión de concentrado sulfurizado calcopiritaen a rg ita. 5 Otro(s) aspecto(s) que Ud. considere importante(s) en la evaluación del cumplimiento de los objetivos planteados en la propuesta original o en las modificaciones autorizadas por los Consejos. 2

3 II. RESULTADOS OBTENIDOS Describa brevemente los resultados obtenidos en el proyecto en un máximo de cinco páginas, tamaño carta, espacio seguido. Para cada uno de los objetivos específicos, describa o resuma los resultados. Relacione las publicaciones y/o manuscritos enviados a publicación con los objetivos específicos. Incluya en anexos, la información de apoyo que estime pertinente y necesaria para la evaluación. 1.Preparación y caracterización de calcopirita sulfurizada Materias Primas En las pruebas experimentales se utilizaron los siguientes concentrados: - Dos muestras de concentrado de calcopirita provenientes de la mina Andina de CODELCO, Denominadas concentrado A y concentrado B. Ambos concentrados fueron clasificado en varias fracciones de tamaño mediante tamizaje. - Un concentrado de enargita que se preparó de una muestra enargita obtenida de la mina El Indio de Barrick Corporation. Los cristales de enargita se seleccionaron en forma visual por pureza y fueron chancados, molidos y finalmente clasificados en fracciones de tamaño por tamizaje. Las distintas fracciones de tamaño de ambos tipos de concentrado fueron analizadas químicamente y mediante difracción de rayos-x (DRX). Muestras de concentrado de calcopirita y mezclas calcopirita enargita fueron posteriormente tratados por sulfurizacion Sulfurización de concentrados de calcopirita La sulfurización de los concentrados de calcopirita se efectuó con azufre elemental, en las condiciones experimentales apropiadas para producir la máxima transformación de calcopirita a covelina y pirita según: CuFeS S2(10 = CuS + FeS 2 (1) Las condiciones óptimas de sulfurización fueron 375 o c y 120 mm. El material sulfurizado se caracterizó por microsonda, por DRX y por microscopio óptico para determinar y cuantificar las fases presentes y su morfología. Estas muestras sulfurizadas se usaron para las pruebas de lixiviación. 2. Lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada con H Las pruebas de lixiviación de concentrado sulfurizado se realizaron en un autoclave Parir de 2 litros de aleación Carpenter 20Cb y en un autoclave Parr de 1.5 litros de titanio, provistos de sistemas de agitación de velocidad variable, medidor de presión, sistema de muestreo y sistema de calefacción y enfriamiento de las solución. Las pruebas se realizaron en forma discontinua (batch) a presión parcial de oxígeno y temperatura constantes. El avance de la reacción se determinó mediante análisis químico de la solución por absorción atómica. Los residuos se caracterizaron por DRX y el contenido de azufre elemental se determinó por medio de un extractor Sohxlet usando CS 2 como solvente para el azufre Estudio de las variables de operación En esta etapa se estudió el efecto de las principales variables de operación en el grado de disolución de cobre y hierro. Las variables estudiadas incluyeron: temperatura C; presión parcial de oxígeno kpa, agitación rpm; concentración de ácido sulfúrico M y tiempo de lixiviación hasta 240 mm.

4 Se determinó que en este rango de temperaturas la disolución ocurre principalmente mediante la siguiente reacción: CuS H -. Cu + S + H0 (1) A temperaturas cercanas al punto de fusión del azufre elemental la cinética de la reacción disminuye debido a la pasivación producida por el azufre líquido en la superficie de las partículas. Los principales resultados de estas pruebas se incluyen en los siguientes artículos adjuntos: 1. Rafael Padilla, Daniel Vega, Maria Cristina Ruiz, "Pressure Leaching of Sulfidized Chalcopyrite in Sulfuric Acid-Oxygen Media", presentado en Sohn International Symposium on Advanced Processing of Metais and Materials, Vol. 6 New, Improved and Existing Technologies, realizado entre el 27 y 31 de Agosto de 2006 en San Diego, California, USA. pp R. Padilla, D. Vega, M.C. Ruiz, "Pressure Leaching of Sulfidized Chalcopyrite in Sulfuric Acid Oxygen Media.", R. Padilla, D. Vega, and M.C. Ruiz, Hydrometallurgy, 86 (2007) pp Estudio de la cinética de lixiviación Se realizaron pruebas en el rango de temperatura C y presiones parciales de oxígeno entre 507 a 1216 kpa para determinar la cinética de la lixiviación a presión de la calcopirita sulfurizada con acido sulfúrico oxígeno. En este rango de temperatura la reacción principal de lixiviación es: CuS Cu so42 - (2) Dado que las partículas de calcopirita sulfurizada consisten de un centro de pirita y una capa externa de covelina, la cinética de lixiviación se analizó usando el modelo "shrinking rim" para el caso de control, por reacción química superficial dado por: 1_ ^ rj 3 XII (3) Se determinó una energía de activación de 93.5 k]/mol. Los resultados de este estudio cinético se resumen en las siguientes publicaciones: 3. Rafael Padilla, Pacla Pavez, Maria C. Ruiz, "Kinetics of the Pressure Leaching of Sulfidized Chalcopyrite in HS0-02 Media", en Materials Processing Fundamentais, TMS 2007, l36" Annual Meeting & Exhibition, Orlando Florida, USA. February 25 to March 2, 2007, pp R. Padilla, P. Pavez, M. C. Ruiz, "Estudio Cinético de Lixiviación a Alta Presión de Calcopirita Sulfurizada", HydroCopper 2007, Mayo-16-18, 2007, Viña del Mar, Chile, pp S. R. Padilla, P. Pavez, M.C.Ruiz, "Kinetics of Copper Dissolution from Sulfidized Chalcopyrite at High Pressures in H 2SO4-0 2", Hydrometallurgy (2008), en prensa disponible on une, do /j. hydromet Lixiviación de concentrado de enargita El estudio de la lixiviación de enargita se efectuó en el autoclave de titanio de 1.5 litros, utilizando un concentrado de enargita cuyo análisis mineralógico indicó 94 % de Cu 3AsS 4, 0.4 % 4

5 de CuS, % de Fe5 2 y 5.9 % de minerales de ganga. De los resultados se puede resaltar que la disolución de enargita es muy lenta a temperaturas < 160 C, aún a presiones parciales de oxígeno de 1520 kpa. Por lo tanto, el estudio cinético se centró en el rango de temperaturas 160 a 220 C. Se encontró que la enargita se disuelve de acuerdo a la siguiente reacción: Cu 3 As H H = 3Cu 2 + H 3 AsO 4 + 4HSO 4 (4) La cinética de disolución fue analizada mediante la expresión cinética del núcleo recesivo con control por reacción química superficial: 1-(1-X) 113 =kt (5) kic' 13 2 k= r0 Se obtuvo un valor de 64 k]/mol para la energía de activación. Los principales resultados de este estudio se resumen en las publicaciones: 6. Rafael Padilla, Cristian Rivas, "Pressure Leaching of Enargite in sulfate-oxygen Media" TMS 2008, 1 37 I Annual Meeting & Exhibition, New Orleans, USA, 9-13 de Marzo de R. Padilla, C. Rivas, M.C. Ruiz, "Kinetics of the Pressure Dissolution of Enargite in Sulfate- Oxygen Media", enviado para publicación a la revista Metallurgical and Materials Transactions B. Enero, Lixiviación de mezclas de calcopirita-enargita sulfurizada 4.1. Sulfurización de concentrado de calcopirita-enargita. Se preparó un concentrado de calcopirita-enargita con una composición de 66.7 % de calcopirita y 33.3% de enargita para la sulfurización. Las condiciones óptimas de sulfurización fueron de 385 oc y 80 min y la conversión obtenida fue de 96%. El análisis por SEM (scanning electron microscopy) del material sulfurizado indicó que la calcopirita se trasformó a covelina y pirita mientras que la enargita permaneció inalterada. En el Anexo A se muestran algunos resultados del análisis SEM (Figuras 1 y 2) Lixiviación de calcopirita-enargita sulfurizada La lixiviación a presión del concentrado (mezcla de calcopirita y enargita) sulfurizado se efectuó en el autoclave de titanio de 1.5 litros. Las principales variables a estudiarse fueron grado de agitación, tamaño de partícula temperatura y presión parcial de oxígeno. El material se separó en rangos estrechos de tamaño mediante taniizaje, la fracción 200/270 # Tyler fue usada en la mayoría de las pruebas Las condiciones experimentales estudiadas fueron: temperatura 120 a 180 C, presión parcial de oxígeno 304 a 1520 kpa, y concentración de acido sulfúrico 0.2 M. Los resultados mostraron que la temperatura tiene un efecto importante en la disolución de cobre y arsénico, mientras que la presión parcial de oxígeno tiene un efecto menor en la velocidad de disolución de cobre y también de arsénico. Se obtuvieron extracciones cercanas a 100 % de cobre a 180 C en 45 min de lixiviación con una extracción correspondiente de arsénico cerca de 60%, mientras que a bajas temperaturas (<120 C) las extracciones de cobre y arsénico son menores a 20 % en 120 min de lixiviación y 507 kpa de presión parcial de oxígeno. Algunos resultados de estas pruebas se ilustran en las Figuras 3 a 8 del Anexo A. * (6)

6 III. P RODUCTOS GENERADOS POR EL PROYECTO En esta sección debe incluir todo documento o material cuyo contenido corresponda substancialmente a los objetivos del proyecto que se informa y en los que se indique el N del proyecto FONDECYT. Aténgase a los formatos que se incluyen para cada tipo de producto generado. Adjunte copia de los documentos no enviados previamente a FON DECYT. Utilice las hojas adicionales que sean necesarias. Si Ud. tiene un proyecto de Incentivo a la Cooperación Internacional, destaque con (*) las publicaciones generadas como producto del mismo a continuación de las que corresponden al Reqular 1. Artículos en revistas científicas nacionales o extranjeras con Comité Editorial. Marque con una "X" lo que corresponda. Para trabajos En Prensa/ Aceptados/ Enviados adjunte copia de carta de aceptación o de envío. Título (Idioma Original) Nombre Completo de la Revista. - R. Padilla, D. Vega, M. C. Ruiz Pressure Leaching of Sulf'idized Chalcopyrite in Sulfuric Acid-Oxygen Media - HYDROMETALLURGY Ref. bibliográfica Año: 2007 Vol. 86 N Pág Estado de la publicación a U Publicada 2 la fecha.* Aceptada E Enviada E En preparación En Prensa Otras fuentes de financiamiento, si las hay Título (Idioma Original) Nombre Completo de la Revista. Ref. bibliográfica Estado de la publicación a la fecha.* Otras fuentes de financiamiento, si las hay Título (Idioma Original) Nombre Completo de la Revista. R. Padilla, P. Pavez, M.C. Ruiz Kinetics of Copper Dissolution from Sulfidized Chalcopyrite at High Pressures in H HYDROMETALLURGY Año: 2008 Vol. N Pág. Publicada EJ Aceptada EJ Enviada E En preparación En Prensa R. Padilla, C. Rivas, M.C. Ruiz Kinetics of Pressure Dissolution of Enargite in Sulfate-Oxygen Media - METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B Ref. bibliográfica Año: 2008 Vol. Pág. Estado de la publicación a EJ Publicada la fecha.* E Aceptada U Enviada E En preparación En Prensa Otras fuentes de financiamiento, si las hay - 6

7 2. Otras publicaciones/ productos. Título (Idioma Original) Rafael Padilla Copper from Chalcopyrite by Sulfidation and Leaching Tipo de publicación o Ej Monografía Seminario Taller Curso producto Ej Libro Ej Informe Técnico Ej Capítulo de Libro Ej Software Marque con una X" lo que Ej Mapa Ej Patente corresponda Ej Exposición de Arte Otro. Especificar: Editor(es) (Libros o Capítulos de Libros) Nombre de la Editorial! Organización Lugar y Fecha de Publicación Department of Metallurgical and Materials Engineering, University of Alabama País: USA Ciudad: Tuscaloosa, Alabama Fecha: 22 de Febrero de 2007 Título (Idioma Original) Tipo de publicación o Ej Monografía Ej Seminario Taller Curso producto Ej Libro [1] Informe Técnico Ej Capítulo de Libro Ej Software Marque con una "X- la que Ej Mapa Ej Patente corresponda Ej Exposición de Arte Otro. Especificar: Editor(es) (Libros o Capítulos de Libros) Nombre de la Editorial! Organización Lugar y Fecha de Publicación País: Ciudad: Fecha:

8 3. Presentaciones a Congresos Nacionales e Internacionales. Adjunte copia del resumen o texto de la ponencia y de la tapa de/libro de Resúmenes, si no la ha enviado previamente. Título (Idioma Original) Nombre del Congreso R. Padilla, D. Vega, M.C. Ruiz - Piessure Leaching of Sulfidized Chalcopyrite in Sulfuric Acid Oxygen Media Sohn International Symposium on Advanced Processing of Metais and Materials: Principies, Technoiogies and Industrial Practice. Lugar y Fecha País: USA Ciudad: San Diego, CA Fecha: Agosto, 27-31, 2006 Título (Idioma Original) Nombre del Congreso R Padilla, P. Pavez, M. C. Ruiz Kinetics of Pressure Leaching of Sulfidized Chalcopyrite in H 2SO Media TMS 2007, 136th Annual Meeting & Exhibition Lugar y Fecha País: USA Ciudad: Orlando, FL Fecha: Febrero 25-Marzo 2, R. Padilla, P. Pavez, M. C. Ruiz Título (Idioma Original) Estudio Cinético de Lixiviación a alta Presión de Calcopirita Sulfurizada Nombre del Congreso - - HYDROCOPPER 2007 Lugar y Fecha País: CHILE Ciudad: Viña del Mar Fecha: Mayo de 2007 R Padilla, C. Rivas Título (Idioma Original) Nombre del Congreso - Pressure Leaching of Enargite in sulfate-oxygen Media TMS 2008, 137th Annual Meeting & Exhibition Lugar y Fecha País: USA Ciudad: New Orieans, La Fecha: Marzo 9-13, 2008 Título (Idioma Original) Nombre del Congreso Lugar Fecha País: Ciudad: Fecha:

9 Tesis y o Memorias en ejecución y /0 terminadas en el marco del proyecto. Adjunte copia del resumen no informado anteriormente y certificación de aprobación, si corresponde. Título de la Tesis Nombre y Apellidos del(de la)/de los(las) Alumno(a)(os/as) y Tutor(a) Título! Grado Institución Facultad, Departamento Lugar Lixiviación a Presión de Calcopirita Sulftirizada Daniel Vega Abarca Tutor: Prof. R. Padilla, Prof. M. C. Ruiz Ingeniero Civil Metalúrgico Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Metalúrgica País: Chile Ciudad: Concepción Estado de Tesis En Ejecución: Terminada: X Fecha de Inicio: Abril 2005 Fecha de Término: Enero 2006 Título de la Tesis Nombre y Apellidos del(de la)/de los(las) Alumno(a)(os/as) y Tutor(a) Título/ Grado Institución, Facultad, Departamento Lugar Cinética de la lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada Paola Pavez Bobadilla Tutor: Prof. R. Padilla, Prof. M. C. Ruiz Ingeniero Civil Metalúrgico Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Metalúrgica País: Chile Ciudad: Concepción -- Estado de Tesis En Ejecución: Terminada: X Fecha de Inicio: Abril 2005 Fecha de Término: Septiembre 2006 Título de la Tesis Nombre y Apellidos del(de la)/de los(las) Alumno(a)(os/as) y Tutor(a) Título! Grado Institución, Facultad, Departamento Lugar Lixiviación de calcopirita sulfurizada Diego Gaete Muñoz Tutor: Prof, R. Padilla, Prof. M.C. Ruiz Ingeniero Civil Metalúrgico Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Metalúrgica País: Chile Ciudad: Concepción Estado de Tesis En Ejecución: X Terminada: Fecha de Inicio: Septiembre 2005 Fecha de Término: En ejecución

10 Título de la Tesis Estudio Cinético de Lixiviación a Presión de Enargita (Cu 3AsS4) en H 2 SO 4-02 Nombre y Apellidos Cristian Arturo Rivas - del(de la)/de los(las) Alumno(a)(os/as) Tutor: Prof. R. Padilla, Prof. M. C. Ruiz, Prof. P. Toledo y Tutor(a) Título/ Grado Ingeniero Civil Químico Institución, Facultad, Departamento Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química Lugar País: Chile Ciudad: Concepción Estado de Tesis En Ejecución: Terminada: X Título de la Tesis Fecha de Inicio: Marzo 2007 Fecha de Término: Septiembre 2007 Extracción de cobre y arsénico desde mezclas de calcopirita-enargita por sulfurización y lixiviación Nombre y Apellidos Gerardo Rodríguez del(de la)/de los(las) Alumno(a)(os/as) Tutor: Prof. R. Padilla, Prof. M.C. Ruiz y Tutor(a) Título/ Grado Ingeniero Civil Metalúrgico Institución, i Facultad, Departamento Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Metalúrgica Lugar País: Chile Ciudad: Concepción Estado de Tesis En Ejecución: X Terminada: Fecha de Inicio: Abril 2007 Fecha de Término: IV. DESTAQUE OTROS LOGROS DEL PROYECTO TALES COMO: Estadías de investigación. Formación de recursos humanos exceptuando tesistas ya informados. Actividades de difusión y/o extensión en la temática del proyecto. Cualquier otro logro no contemplado en los ítem anteriores y que Ud. quiera destacar. 10

11 V. RESUMEN Describa en forma precisa y breve el tópico general del proyecto, sus metas y objetivos y los resultados alcanzados. Utilice un lenguaje apropiado para la comprensión del público no especialista en el tema. Esta información podrá ser difundida. (No debe exceder este espacio en fuente Verdana 9) La recuperación de cobre desde concentrados de calcopirita (CuFeS 2 ) por lixiviación no es fácil debido a la cinética lenta de disolución de este mineral en la mayor parte de los medios acuosos. Sin embargo, la recuperación de cobre desde un concentrado de calcopirita sulfurizado (que consiste de una mezcla de covelina (CuS) y pirita (Fe5 2)) por lixiviación es más rápida por la mayor reactividad de la covelina formada en el proceso de sulfurización. En este proyecto, se estudió la lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada, concentrado de enargita (Cu 3A5S 4 ) y mezclas calcopirita-enargita sulfurizadas en soluciones de H 2SO4-02. El objetivo principal fue determinar la factibilidad técnica de extracción de cobre por este método como una alternativa de tratamiento de concentrados calcopiríticos y concentrados calcopiriticos con contenidos altos de enargita. Por lo tanto, específicamente en este proyecto, se realizó un estudio experimental a escala de laboratorio de la lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada con H 2SO 4-0 2, lixiviación a presión de enargita con H 2 SO 4-0 2, y lixiviación de una mezcla de calcopirita-enargita sulfurizada en H El estudio de la lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada permitió determinar que la disolución ocurre según las siguientes reacciones: CuS H -. Cu 2 + S + H20 (1) CuS Cu 2 SO 4 2- (2) En el rango de temperaturas bajas (90 a 120 C) la reacción dominante es la (1) y a temperaturas cercanas al punto de fusión del azufre elemental la cinética de la reacción disminuye debido a la pasivación producida por el azufre liquido en la superficie de las partículas. Por otro lado, en el rango de temperaturas 125 a 150 oc la reacción dominante es la (2) y el estudio cinético mostró que la velocidad de disolución de cobre está controlada por reacción química superficial. En este rango de temperaturas se determinó una energía de activación de 63.5 k]/mol. La reacción es muy rápida a 150 oc y 507 kpa presión parcial de oxígeno, obteniéndose una disolución completa del cobre en 45 min de reacción. En el estudio de la lixiviación presión de enargita se encontró que la disolución solamente ocurre con velocidades apreciables a temperaturas superiores a 160 C y la disolución ocurre según a la siguiente reacción: Cu 3AsS = 3Cu 2 + H 3AsO 4 + 4HSO4 (3) La cinética está controlada por la reacción química superficial y la energía de activación determinada en el rango oc fue de 64 k]/mol. Las pruebas de lixiviación de mezclas de calcopirita-enargita sulfurizada mostraron que la disolución de arsénico en la mezcla ocurre con mayor velocidad que la disolución de arsénico desde enargita pura y la disolución de CuS es retardada. Este efecto probablemente se debe a interacciones galvánicas entre los minerales sulfurados.

12 VI.- INFORME DE PROYECTO DE INCENTIVO A LA COOPERACION INTERNACIONAL NÚMERO DE PROYECTO DE INCENTIVO A LA COOPERACION INTERNACIONAL NÚMERO DE PROYECTO FON DECYT REGULAR INVESTIGADOR(A) RESPONSABLE: FIRMA FECHA PRESENTACIÓN PERÍODO QUE SE INFORMA DESDE HASTA NOMBRE COLABORADOR(A) EXTRANJERO(A) AFILIACIÓN INSTITUCIONAL ACTUAL FECHAS DE ESTADÍA DESDE HASTA Describa las actividades realizadas y resultados obtenidos. Destaque su contribución al logro de los objetivos del proyecto Regular. Si es pertinente, indique las publicaciones conjuntas generadas, haciendo referencia a lo informado en el punto III del informe de avance/ final. Agregue los anexos necesarios.