Identificación de Compuestos Formados Durante el Pre-tratamiento de la Calcopirita con NaCl-H 2 SO 4

Transcripción

1 Identificación de Compuestos Formados Durante el Pre-tratamiento de la Calcopirita con NaCl-H 2 SO 4 Jorge Ipinza 1, Juan Ibáñez 1, Juan Flaquer 2 1 Universidad Técnica Federico Santa María 2 K+S Chile

2 ANTECEDENTES TEÓRICOS METODOLOGÍA EXPERIMENTAL RESULTADOS EXPERIMENTALES CONCLUSIONES AGRADECIMIENTOS INDICE

3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Tendencia a una mineralización predominante en calcopirita y bornita. Reservas entre 200 y 500 mil millones de toneladas con ley inferior a 0,3% Cu total. Asociación con enargita. Disponibilidad de planta SX-EW.

4 OBJETIVOS Objetivo general Estudiar en forma preliminar, a través de voltametrías cíclicas, el mecanismo cinético de disolución de la calcopirita en medio ácido sulfúrico-cloruro de sodio. Objetivos específicos Determinar las curvas de polarización anódica de las reacciones de oxidación de la calcopirita en medio ácido sulfúrico cloruro de sodio. Caracterizar los productos sólidos de la lixiviación de la calcopirita producidos por la disolución.

5 ANTECEDENTES TEÓRICOS

6 DESAFÍOS DE LA HIDROMETALURGIA Tendencia al uso de agua de mar directo Bajo precio del metal rojo en el mercado mundial Mayor contenido de impurezas (As, Hg, Sb, Bi) Menor ley del mineral ( 0,3 % Cu) Mayor complejidad (contenidos altos de arcilla) Predominancia de especies sulfuradas primarias por sobre las secundarias

7 DESAFÍOS DE LA HIDROMETALURGIA La velocidad de la lixiviación de la calcopirita, en medio sulfato, disminuye a medida que transcurre el tiempo, y eventualmente cesa sugiriendo que la disolución ha sido inhibida por la formación de una capa pasivante, asociada a productos como azufre o polisúlfuros de cobre y otros metales [Peters, 1976; Dutrizac, 1978; Parker, 1981; Dutrizac, 1990].

8 DESAFÍOS DE LA HIDROMETALURGIA Los iones cloruro en la lixiviación en medio sulfato de diferentes minerales sulfurados y haciendo uso de soluciones oxigenadas, forman una capa de azufre porosa en presencia de NaCl, que facilitaría la difusión de los reactivos hacia la superficie del mineral a través de productos del tipo CuSn [Lu, 2000; Carneiro, 2007; Hackl, 1995].

9 LA LIXIVIACIÓN CLORURADA Cinética mejorada Cinética rápida Menor consumo de ácido Potencial redox Potencial menor a 550 mv/enh (dominio Cu 2+ /Cu + ) Concentración de cloruro versus CuCl Efecto sobre el ripio Aumento de la porosidad Incremento de la permeabilidad

10 LA LIXIVIACIÓN CLORURADA N Reacción K pka (1) 1 H 2 SO 4 H + + HSO x HSO - 4 H + + SO x HCl = H + + Cl x (1) Cuanto mayor es la fuerza de un ácido, menor es su valor de pka. Solubilidad: 359 g/l H 2 O (25 C) 1080 g/l H 2 O (25 C) NaCl (s) + H 2 SO 4 (aq) NaHSO 4 (aq) + HCl (g) 2 NaCl (s) + H 2 SO 4 (c) Na 2 SO 4 (s) + 2 HCl (g) 50 C 100 C Esta última reacción también puede producir desprendimiento de HCl (g) y Cl 2 (g)

11 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

12 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Electrodo de trabajo: electrodo de pasta de carbono (CPE) con mineral de calcopirita o su concentrado. Electrodo de referencia: Ag/AgCl (E= 0,220 V/ENH) Contra-electrodo: alambre de Pt de 1 mm de diámetro.

13 RESULTADOS

14 RESULTADOS Peak de reacción A1 A1 A2 A3 C1 C2 C3 C4 Reacción más probable CuFeS 2 Cu 1 x Fe 1 y S 2 z +xcu 2+ +yfe 2+ +zs+2(x+y)e ncufes 2 Cu 2+ +Cu n 1 Fe n S 2n +2 e CuFeS 2 Fe 3+ +Cu n 1 Fe n 1 S 2n +5 e Cu 2 S Cu 2 x S+xCu xe Cu 1 x Fe 1 y S 2 =Cu 1 x z S 2 +zcu 2+ +(1 y)fe 2+ +2(1 y+z)e Reducción de A1 Reducción de A2 9CuFeS 2 +4H + +2e Cu 9 Fe 8 S 16 +Fe 2+ +2H 2 S 5CuFeS 2 +12H + +4e Cu 5 FeS 4 +4Fe 2+ +6H 2 S 2CuFeS 2 +6H + +2e Cu 2 S+2Fe 2+ +3H 2 S

15 RESULTADOS a b b Sin pretratamiento en solución 0,1M H 2 SO 4, a 25 C, con: a) 0 gpl Cl y b) 70 gpl Cl Con pretratamiento en H 2 SO 4 NaCl,15 días de reposo en solución a 0,1M H 2 SO 4, a 25 C con: a) 0 gpl Cl y b) 70 gpl Cl.

16 RESULTADOS a b Voltametría cíclica CPE- CPY con pretratamiento, en solución 0,1M H 2 SO 4 y 70 g L -1 Cl -, a 70 C, con diferente tiempo de reposo: a) 15 días, b) 30 días.

17 RESULTADOS Elemento Porcentajes Peso Atómico O 11,45 22,06 S 32,47 31,20 Fe 22,00 12,14 Cu 24,62 11,94 Sin pretratamiento Elemento Porcentajes Peso Atómico O 16,07 35,06 S 28,07 30,56 Fe 25,88 16,17 Cu 26,97 14,82 Con pretratamiento 15 días de reposo

18 RESULTADOS Na 2 SO 3 Con pretratamiento 30 días de reposo Elemento Porcentajes Peso Atómico O 48,4 63,36 Na 7,30 6,65 S 19,74 12,90 Fe 11,19 4,20 Cu 5,47 1,80

19 RESULTADOS Cinética de extracción desde concentrado de calcopirita Pre-tratamiento con diferentes dosis de NaCl sólido y 30 días de reposo. Lixiviación a ph=2 y 60 g L -1 Cl -.

20 REACTOR DE MEZCLA TRIFÁSICO mineral NaCl retorno de gases ácido sulfúrico concentrado agua o refino K+S Chile S.A. & Universidad Técnica Federico Santa María Solicitud de Patente de Invención N S/ref.: n/d N/ref.: La eficiencia del proceso depende de la utilización optimizada del HCl formado durante el pretratamiento del mineral previo a su lixiviación.

21 Extracción de cobre (%) RESULTADOS Condiciones óptimas de pre-tratamiento , 64 70, 68 80, 70 90, , , Cantidad de ácido sobre consumo estándar (%)

22 Extracción de cobre (%) RESULTADOS 2 1 Tiempo (días) (1) Control químico debido al preacondicionamiento; (2) Control difusional durante la lixiviación

23 CONCLUSIONES

24 CONCLUSIONES El pre-tratamiento de la calcopirita y el reposo, resultan fundamentales para la disolución de esta especie mineral en un medio ácido. La morfología de la capa pasivante en presencia de iones cloruro está asociada a estructuras cristalinas más porosas, que las amorfas observadas en un medio solo sulfato. El ión sodio promueve la formación de compuestos asociados a bisulfito/sulfito, a temperaturas sobre 50 C, evitando la formación de azufre elemental, considerado como una verdadera barrera cinética.

25 CONCLUSIONES De acuerdo con los resultados de la voltametría, los compuestos del tipo polisulfuros de cobre y hierro, formados por la acción del HCl, resultan altamente solubles. Existe una concentración de ácido sulfúrico concentrado y NaCl que producen la máxima extracción de cobre con un mínimo de tiempo de reposo.

26 Los autores agradecen a la empresa K+S Chile por el financiamiento de esta línea de investigación en la hidrometalurgia del cobre. GRACIAS.