2. Taller Pourbaix

HIDRO Y ELECTROMETALURGIA TALLER DIAGRAMAS DE POURBAIX

Rafael Ardila M. Jesús Delgado. Jaime Ortiz. Mauro Percovich M.

Presentado a: Ing. M Sc. Julio Elias Pedraza

Universidad Industrial de Santander Facultad de ingenierias fisicoquimicas Escuela de ingenieria metalurgica y cinecia de materiales Bucaramanga 2008

1. Efectuando todos los cálculos y análisis necesarios, construir el diagrama de Pourbaix a 250C para el sistema Al – H 2O considerando las siguientes especies y suponiendo que las concentraciones de las especies iónicas del metal son iguales a 10-2M: Al0 , Al+3(aq) , AlO2-(aq) , Al(OH)3(s), Al2O3(s). Especie. G 0f Gr01  (115 .0)  (0) Al 0

0

Gr01  115 .0

Al 3 Al 2 O3

- 115.0 - 200.7

Gr02  (376.77)  (170.07)

- 271.9

Gr03  (200.7)  (2 * (56.69))

AlO

 2

Gr02  206.7

Al (OH ) 3

- 376.77

H 2O

- 56.69



- 37.59

OH 

H Especies: 0

Gr03  87.32 Gr04  (271.9)  (170.07) Gr04  101.83

0 3

Gr05  ( 376.77)  (2 * ( 115 .0)  3 * (56.69))

 2

Al , Al , Al2O3 , AlO , Al (OH ) 3 Reacciones: Al 0  Al 3  3e  (1) 

2 Al  3H 2 O  Al 2 O3  6 H  6e 0

 2



Al  2 H 2 O  AlO  4 H  3e 0

G50  23.3 Gr06  ( 200.7)  ( 115 .0  2 * (56.69))





(2) (3)

Al 0  3H 2 O  Al (OH ) 3  3H   3e  (4) 2 Al 3  3H 2 O  Al 2 O3  6 H 

(5)

Al 3  2 H 2 O  AlO2  4 H 

(6)

Al 3  3H 2 O  Al (OH ) 3  3H  (7) Al 2 O3  H 2 O  2 AlO2  2 H 

(8)

Al 2 O3  3H 2 O  2 Al (OH ) 3

(9)

AlO2  2 H 2 O  Al (OH ) 3  OH  (10)

0 Gr0  G 0productos  G reactivos

Eh 

Gr0 RT  LnK nf nf

; Gr0  - RT * LnK

Gr06  27.68 Gr07  (271.9)  (115 .0  3 * (56.69)) Gr07  13.17 Gr08  (401.4)  (376.77  56.69) Gr08  32.06 Gr09  ( 543.8)  ( 489.54) Gr09  54.26 Gr010  (271.9  37.59)  (200.7  113 .38) Gr010  4.59

 

 115 .0 1.98 *10 3 * (298) * ( 2.302) Al 3  Log 3 * (23.06) 3 * (23.06) Al 0 Eh1  1.699 Eh1 

  



 206.7 1.98 * 10 3 * ( 298) * (2.302)  Log  Al 2 O3  H  6 * (23.06) 6 * ( 23.06) Eh2  1.49  0.0588 PH Eh2 







 87.32 1.98 *10 3 * (298) * (2.302)  Log AlO2 H  3 * (23.06) 3 * (23.06) Eh3  1.299  0.07852 PH Eh3 

4



 101.83 1.98 * 10 3 * ( 298) * ( 2.302)  Log  Al (OH ) 3  H  3 * (23.06) 3 * ( 23.06) Eh4  1.51  0.0588 PH Eh4 

G

0 r5

 23.3  1.98 * 10

3

6  Al 2 O3  H   * (298) * (2.302) Log

G

 27.68  1.98 * 10

3

PH  5.09 G

0 r7

 13.17  1.98 * 10

 Al 

3 2

PH  3.529 0 r6



3

 AlO  H  * (298) * (2.302) Log  Al  3

3  Al (OH ) 3  H   * (298) * (2.302) Log

PH  3.23

 Al  3



G r08  32.06  1.98 * 10 3 * (298) * (2.302) Log AlO2 PH  9.802 G r010  4.59  1.98 * 10 3 * (298) * (2.302) Log POH  3.37 PH  10.62

Estabilidad del agua. Reacciones. 2 H 2 O  O 2  4 H  4e 

2 H 2 O  2e   H 2  2OH  0 Gr0  G 0productos  G reactivos

 4

 2

 H  2

 2

 Al (OH ) 3 OH  

 AlO   2

3

G r01  2 * ( 56.69)  113 .38 G r02  2 * (37.59)  2 * (56.69)  38.2 Gr0 RT  LnK ; la presion del O 2 y el H 2 es 1 atm respectivamente. nf nf 4 113 .8 1.98 *10 3 * (298) * (2.302) Eh1   LogP0 2  H   4 * ( 23.06) 4 * (23.06) Eh1  1.2337  0.0589 PH Eh 



38.2 1.98 * 10 3 * (298) * (2.302)  LogPH 2 OH  2 * (23.06) 2 * (23.06) Eh2  0.828  0.0589 POH Eh2 

Eh2  0.0034  0.0589 PH Eh2  0.0589 PH

Grafico realizado en hoja de examen (escaneada).



2

2. Utilizando el software HSC obtener el diagrama para el mismo sistema anterior: a) Teniendo en cuenta las mismas especies y concentraciones del punto1.

b) Para las mismas especies pero a concentraciones de los iones metálicos de 1M, 1x10-4M, 1x10-6 M.

c) Para las mismas condiciones del punto 1 pero a temperaturas de 50, 100, 2500C.

d) Efectuando una comparación de los diagramas obtenidos tanto en el punto 1 como en 2a, 2b y 2c, hacer los comentarios más relevantes que usted crea conveniente, tanto desde el punto de vista de método de obtención del diagrama como del diagrama en sí (zonas de estabilidad, aplicaciones hidrometalúrgicas, etc.). Comparando el diagrama del punto 1 con el 2a, se observa que los diagramas son muy aproximados aunque la línea de estabilidad de las especies Al2O3 y AlO3(-) en el software se grafica casi una unidad de pH hacia la derecha. Al comparar el punto 1 con el 2b se observa que al disminuir la concentración de los iones metálicos las zonas de estabilidad del Al 3+ y del AlO2- van creciendo mientras que la zona de estabilidad del Al2O3 disminuye, debido a que se varían los potenciales y el pH. Comparando finalmente el punto 1 con el 2c al aumentar la temperatura en 50, 100 y 250ºC el diagrama se desplaza a la izquierda aumentando la zona de estabilidad del Al2O3 y AlO2- modificando también los potenciales y los pH. A continuación se presentan los diagramas superpuestos para poder visualizar los cambios que ocurren al variar las concentraciones de los iones metálicos y las temperaturas.

3. Realizando una búsqueda bibliográfica respecto a las condiciones operativas tanto de la cianuración de oro como de su precipitación con zinc y analizando el diagrama Au - CN- - Zn - H2O dado en clase, después de efectuar los cálculos necesarios indicar en el diagrama las respectivas zonas donde se realizan los procesos tanto de lixiviación como de precipitación del oro. Según el diagrama Eh – pH se aprecian rangos de condiciones de estabilidad para la ocurrencia de las otras disoluciones del oro, con HCl en presencia de HNO3 como oxidante, de la disolución con tiourea, y del rango de operación de los métodos indirectos de lixiviación de oro por oxidación de los sulfuros encapsulantes, sea por bío - oxidación o por oxidación a presión. Del análisis de este diagrama Eh – pH es claro que: - Todo el proceso de cianuración en la práctica se realiza entre pH 10 y 11.5. - Para la cianuración se requiere condiciones de operación oxidantes. - Para la precipitación con zinc las condiciones de operación, conservando el pH alcalino, deben ser totalmente reductoras. - En relación con la disolución con agua regia y tiourea, se requieren condiciones muy oxidantes y en ambiente acido inferior a pH 1.5 y 2.

La constante de estabilidad para el Ion complejo Au(CN) -2 en solución acuosa ha sido estimado en 1039 asumiendo la siguiente reacción: Au+ + 2CN- = Au(CN)-2 + eAu(CN)-2 +e- = Au + 2CNE= -0.60 + 0.118Log. [CN-] + 0.059Log. [Au(CN)-2] El mecanismo de cianuración es representado por las siguientes reacciones:

La precipitación con zinc, este se disuelve en solución según la semi-reacción para formar un complejo estable con el cianuro: Zn + 4CN- = Zn(CN)4-2 + 2eE= -1.25 + 0.0295Log.[Zn(CN) 4-2] + 0.118pCN

Representación esquemática del mecanismo de  precipitación de oro sobre partículas de zinc. Note  que las semi –reacciones  anódica y catódica tienen  lugar en distintos sitios.