Reporte Practica 2. Lixiviación ácida de un concentrado de Cu (calcopirita) con ácido sulfúrico (H2SO4)

Laboratorio de Hidrometalurgia Reporte de Práctica Lixiviación ácida de un concentrado de Cu (calcopirita) con ácido sulfúrico (H2!")

!b#etivos    

Conocer las diferentes etapas de un proceso proceso de lixiviación y proponer un modelo para la disolución de la calcopirita. Estudiar y observar el efecto de la acidez en la lixiviación. Estu Estudi diar ar el efec efecto to de la temp temper erat atur ura a sobr sobre e la lixi lixivi viac ació ión n de un concentrado de calcopirita Determinar la etapa limitante de la reacción de disolución y calcular el valor de la energía de activación Ea.

$ntroducción% Aproximadamente 90 del cobre producido en el mundo se obtiene de sulfuros minerales. En el tratamiento metal!rgico de sus minerales" los procesos piro se emplean en un #0" mientras $ue el uso de los %idro es del &0. Es importante mencionar $ue una venta'a de los procesos pirometal!rgicos es $ue el metal ya se obtiene en lingote" mientras $ue por un proceso %idrometalurgico se tiene $ue calentar el precipitado para para fund fundir irlo lo y obte obtene nerr un ling lingot ote" e" es este te as aspe pect cto o es impo import rtant ante e de considerar por la alta temperatura de fusión" (0#)*C" del cobre. Estos procesos $ue tradicionalm almente se emplean para ara procesar un concentrado y obtener el cobre en forma met+lica" actualmente se les aplican muc%as regulaciones ambientales" lo $ue %a originado investigar nuevas formas de tratamiento. Despu,s de una sobreexplotación de los yacimientos de sulfuros de cobre" a%ora tambi,n los minerales oxidados de cobre %an comenzado a cobrar importancia. El mineral sulfurado de cobre m+s com!n en los concentrados c%ilenos es la calcopirita y tambi,n el mineral m+s difícil de lixiviar. A!n en medios fuertemente oxidantes la cin,tica de disolución de calcopirita es muc%o m+s lenta $ue la de otros otros sulfuros de cobre y adem+s adem+s no extrae el cobre selectivament e sobre el %ierro-(/. 1a precipitación y descarte del del %ier %ierro ro desd desde e las las so solu luci cion ones es de lixi lixivi viac ació ión n de ca calc lcop opir irit ita a es un prob proble lema ma grav grave e ya $ue $ue los los prec precip ipit itad ados os tien tienen en un alto alto pote potenc ncia iall contaminante y re$uieren de sistemas de con2namiento especiales y caro ca ross para para prev preven enir ir la co cont ntam amin inac ació ión n am ambi bien enta tall -#"9 -#"9. . En es estu tudi dios os recientes -(0 los autores determinaron $ue mediante la reacción de calco alcopi piri ritta co con n azuf azufrre elem lement ental 3rea eacc cció ión n de sulf sulfur uriizac ació ión4 n4 a

temperaturas moderadas era posible transformarla en especies m+s f+ciles de lixiviar. Esos estudios tambi,n mostraron $ue si la sulfurización de calcopirita se realiza en el rango de temperaturas )&5  600 7C la calcopirita se transforma seg!n la siguiente reacción global8 Cue:& ; : < Cu: ; e:& 3(4  orm+ndose las fases covelina y pirita= mientras $ue sobre 600 *C" la reacción global fue 5Cue:& ; 6: < Cu5e:> ; 6e:& 3&4 form+ndose las fases idaita y pirita.  1a reacción 3(4 es la reacción m+s deseada puesto $ue la calcopirita se transforma en sulfuros separados de cobre y de %ierro. En este traba'o se presentan datos experimentales de la lixiviación de calcopirita sulfurizada con soluciones de ?&:@6aCl@&. El ob'etivo del estudio fue determinar las condiciones óptimas para disolver selectivamente el cobre contenido en el material de'ando el %ierro en los residuos de lixiviación. Este medio de lixiviación se seleccionó por$ue permite producir soluciones apropiadas para su tratamiento posterior mediante extracción por solventes y electroobtención convencional para producir cobre catódico de alta pureza. Adem+s" los antecedentes de literatura muestran $ue estesistema de lixiviación puede disolver los sulfuros simples de cobre con velocidades de disolución r+pidas a!n a presiones de oxígeno ba'as" es decir sin re$uerir el uso de autoclaves. Buesto $ue el material sulfurizado es una mezcla de covelina y pirita" la reacción principal de inter,s en lixiviación es la disolución de la covelina dada por8 Cu: ; 0.5 @& ; &?; < Cu&; ; :7 ; ?&@ 3&4  Esta reacción muestra $ue el azufre del mineral $ueda en los residuos a la forma de azufre elemental sólido.

Procedimiento &xperimental &'$P !

0

2

PR$&R* &$+, cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar  emperatura ambiente Agitación 6 cido :ulf!rico &5gl amaFo Est+ndar  emperatura ambiente

&-,.* &$+, cido :ulf!rico 50gl amaFo DGEHEE  emperatura ambiente Agitación 6 cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar  emperatura >0*C Agitación 6

/&RC&R* &$+, cido Clor%ídrico 0.( amaFo Est+ndar  emperatura ambiente Agitación 6 cido Clor%ídrico 0.( Cloruro ,rrico 0.0(  amaFo Est+ndar

Agitación 6

1

     

emperatura ambiente Agitación 6

cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar  emperatura ambiente agitación #

cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar  emperatura ambiente agitación EIJGCA

cido Clor%ídrico 0.( Cloruro ,rrico 0.(  amaFo Est+ndar  emperatura ambiente agitación 6

:e pesaron 5 g de mineral de calcopirita y se disolvieron en (00 m1 de la solución +cida Cada experimento tuvo una muestra patrón las cuales contenían (ml del +cido ; (ml del +cido4 y se aforó a 50 ml. A partir de $ue se adicionó el mineral en el +cido" se tomaron muestras de 5 m1 a los tiempos8 (" )" 5" /" (5" )0 y 65 minutos. 1as muestras de 5 m1 fueron 2ltradas. :e tomó (ml de la solución 2ltrado ; (ml del +cido correspondiente y se aforó a 50 ml. 1as muestras se eti$uetaron y se llevaron a an+lisis por absorción atómica.

ane#o de Resultados .eterminar la concentración de Cu2 en cada muestra3 Resultados de la 0ra sesión uestra E$uipo( 0 E$uipo( ( E$uipo( & E$uipo( ) E$uipo( 6

Cu (ppm)

4e (ppm)

/iempo (min)

Cu(ol 5L)

4e (ol5L)

0

0

0

0

0

0.#

0.9

(

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E$uipo( 5 E$uipo( > E$uipo( / uestra E$uipo& 0 E$uipo& ( E$uipo& & E$uipo& ) E$uipo& 6 E$uipo& 5 E$uipo& > E$uipo& / E$uipo& # uestra E$uipo) 0 E$uipo) ( E$uipo) & E$uipo) ) E$uipo) 6 E$uipo) 5 E$uipo) > E$uipo) / E$uipo) #

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0.00)0/ 0.0059(0

Cu (ppm)

4e (ppm)

/iempo (min)

Cu(ol 5L)

(

0

0

0.000/9

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0

(

0.00)0/ 0.00000

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6.6

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6.6

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0.00)6> 0.006)0

6.6

/.9

65

0.00)6> 0.00/0/

Cu (ppm)

4e (ppm)

/iempo (min)

0.)

0

0

&.&

0.6

(

6./

0.6

6.)

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6.6

Cu(ol 5L)

4e (ol5L) 0

4e (ol5L)

0.000&6 0.00000 0.00(/) 0.000)>

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6.5

6

(0

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(5

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5

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0.00)9) 0.00)69

5.#

>.&

65

0.0065> 0.00555

Resultados de la 2da sesión uestra

Cu (ppm)

Fe (ppm)

Tiempo

Cu (mol/L)

Fe (mol/L)

Equipo 1 0

0.3

3

0

0.000236

0.002686

Equipo 1 1

1.2

0

1

0.000944

0.000000

Equipo 1 2

0.7

0

3

0.000551

0.000000

Equipo 1 3

8.2

2

5

0.006453

0.001791

Equipo 1 4

1.6

1

7

0.001259

0.000895

Equipo 1 5

2.3

1

10

0.001810

0.000895

Equipo 1 6

2.5

1

15

0.001967

0.000895

Equipo 1 7

2.6

2

30

0.002046

0.001791

Equipo 1 8

2

1

45

0.001574

0.000895

Muestra

Cu (ppm)

Fe (ppm)

Tiempo

Cu (mol/L)

Fe (mol/L)

Equipo 2 0

0.3

3

0

0.000236

0.002686

Equipo 2 1

6

10

1

0.004721

0.00895

Equipo 2 2

5.9

15

3

0.004643

0.01343

Equipo 2 3

5.5

17

5

0.004328

0.01522

Equipo 2 4

6

19

7

0.004721

0.01701

Equipo 2 5

5.7

23

10

0.004485

0.02059

Equipo 2 6

6.8

33

15

0.005351

0.02955

Equipo 2 7

8.2

59

30

0.006453

0.05283

Equipo 2 8

1.4

13

45

0.001102

0.01164

uestra

Cu (ppm)

4e (ppm)

/iempo

Cu (ppm)

4e (ppm)

Equipo 3 0

0.3

3

0

0.000236

0.002686

Equipo 3 1

1.5

4

1

0.001180

0.003582

Equipo 3 2

2.3

4

3

0.001810

0.003582

Equipo 3 3

2.2

4

5

0.001731

0.003582

Equipo 3 4

3.6

9

7

0.002833

0.008059

Equipo 3 5

3

5

10

0.002361

0.004477

Equipo 3 6

3.9

6

15

0.003069

0.005372

Equipo 3 7

4.6

7

30

0.003620

0.006268

Equipo 3 8

4.8

8

45

0.003777

0.007163

Resultados de la 1ra sesión Muestra

Cu (ppm)

Fe (ppm)

Equipo 1 0

0.2

0

Tiempo (min) 0

Equipo 1 1

0.2

3

Equipo 1 2

0.4

Equipo 1 3

Cu (mol/L)

Fe (mol/L)

0.0001574

0.0000000

1

0.0001574

0.0026862

2

3

0.0003148

0.0017908

0.7

6

5

0.0005508

0.0053725

Equipo 1 4

0.6

7

7

0.0004721

0.0062679

Equipo 1 5

0.8

11

10

0.0006295

0.0098496

Equipo 1 6

0.9

15

15

0.0007082

0.0134312

Equipo 1 7

0.9

16

30

0.0007082

0.0143266

Equipo 1 8

0.7

12

45

0.0005508

0.0107450

Muestra

Cu (ppm)

Fe (ppm)

Tiempo

Cu (mol/L)

Fe (mol/L)

Equipo 2 0

0.1

12

0

0.00008

0.01074

Equipo 2 1

1.9

12

1

0.00150

0.01074

Equipo 2 2

3.4

13

3

0.00268

0.01164

Equipo 2 3

4.3

13

5

0.00338

0.01164

Equipo 2 4

4.7

12

7

0.00370

0.01074

Equipo 2 5

6.1

13

10

0.00480

0.01164

Equipo 2 6

5.9

10

15

0.00464

0.00895

Equipo 2 7

8.3

15

30

0.00653

0.01343

Muestra

Cu (ppm)

Fe (ppm)

Tiempo

Cu (mol/L)

Fe (mol/L)

Equipo 3 0

0.2

13

0

0.00015738

0.0116404

Equipo 3 1

0.9

12

1

0.00070822 0.01074499

Equipo 3 2

1.6

13

3

0.00125905

Equipo 3 3

1.6

9

5

0.00125905 0.00805874

Equipo 3 4

2

11

7

0.00157381 0.00984957

Equipo 3 5

2.5

12

10

0.00196726 0.01074499

Equipo 3 6

3.5

21

15

0.00275417 0.01880372

Equipo 3 7

5.4

40

30

0.00424929 0.03581662

Equipo 3 8

4.9

13

45

0.00385584

0.0116404

0.0116404

Efecto de la concentración de ácido

0.0( 0.0( 0

Concentración (mol5L)

0 Cu 3e$ (4 50g1 Cu 3e$ &4 &5g1

0 0 0

5 (5 &5 )5 65 0 (0 &0 )0 60

/iempo (min)

0.0( 0.0( 0.0( 0.0(

Concentración (mol5L)

0 e 3e$ (4 50 g1 e 3e$ &4 &5 g1

0 0 0 0

7 07 27 17 "7 6 06 26 16 "6 /iempo (min)

Efecto del tamaño de partícula

0.0( 0.0( 0.0( 0

Concentración (mol5L)

0 0 0 0 0 (0&0)06050

/iempo (min)

Cu 3e$ (4 Est+ndar Cu 3e$ (4 Diferente

0.0( 0.0( 0.0( 0

Concentración (mol5L)

0 0

e 3e$ (4 Est+ndar e 3e$ (4 Diferente

0 0 0 (0&0)06050

/iempo (min)

Efecto de la Temperatura

0.0( 0.0( 0.0( 0

Concentración (mol5L)

0 0 0 0 0 (0 &0 )0 60

/iempo (min)

Cu 3e$ (4  amb Cu 3e$ &4 >0* C

0.0> 0.05 0.06

Concentración (mol5L) 0.0) 0.0&

e 3e$ (4  amb e 3e$ &4 >0* C

0.0( 0 0 (0 &0 )0 60

/iempo (min)

Al aumentar la temperatura se aumenta la velocidad por$ue la solubilidad es mayor" se puede observar en las gra2cas de Cu y e donde se ve un cambio dr+stico en las concentraciones el las líneas de tendencia $ue se encuentran a >0* C" este pro efecto" es muy usado en procesos de reacción $uímica" ya $ue tambi,n se puede observar $ue obtienes concentraciones mayores en tiempos menores.

Efecto de la velocidad de agitación y del medio de agitación

0.0( 0 0 0 0

Concentración (mol5L)

Cu 3agitación 64 Cu 3agitación #4 Cu 3agitación neumatica4

0 0 0 0 0 0 0 (0 &0 )0 60 50

/iempo (min)

0.0( 0.0( 0.0( 0.0( 0.0(

Concentración (mol5L)

0 0

e 3agitación 64 e 3agitación #4 e 3agitación neumatica4

0 0 0 0 &0 60 >0

/iempo (min)

1a agitación da una mayor e2ciencia en la extracción" debido a $ue disminuye o se rompe la película de Kuido $ue cubre la super2cie del sólido en reposo y $ue act!a como una resistencia a la difusión" permitiendo una me'or concentración y por ende una me'or extracción

Efecto del tipo de ácido

0 0 0 0

Concentración (mol5L) 0 0

Cu 3Ac :ulf!rico4 Cu 3?Cl4

0 0 0 0 (0 &0 )0 60 50

/iempo (min)

0.0& 0.0( 0.0( 0.0(

Concentración (mol5L) 0.0( 0.0(

e 3Ac :ulf!rico4 e 3?Cl4

0 0 0 0 (0 &0 )0 60 50

/iempo (min)

.

1os reactivos $uímicos org+nicos tienen un alto grado de a2nidad selectiva con determinados iones met+licos" es por eso" $ue se observa como el Ac :ulfurico funciona muy bien con el Cu y no con el e" donde incluso se puede observar $ue el Cu en ?Cl empieza a mostrar un decaimiento despu,s de los )0s" sin embargo se obtienien grandes cantidades concentraciones en el Cu con Ac. :ulf!rico" mientras $ue el e muestra un comportamiento contrario al Cu

Efecto de la concentración de oxidante

0.0( 0.0( 0.0( 0

Concentración (mol5L)

Cu 3?Cl 0.(4 Cu 3?Cl 0.( ; eCl) 0.0( Cu 3?Cl 0.( ; eCl) 0.(4

0 0 0 0 0 (0 &0 )0 60 50

/iempo (min)

0.06 0.06 0.0) 0.0) e 3?Cl 0.(4 e 3?Cl 0.( ; eCl) 0.0( e 3?Cl 0.( ; eCl) 0.(4

Concentración (mol5L) 0.0& 0.0& 0.0( 0.0( 0 0

(0 &0 )0 60 50

/iempo (min)

1a concentración de la fase acuosa" debido a la concentración es un factor importante respecto a la concentración ya $ue se puede apreciar en el Cu $ue en donde tenemos ?Cl ; eCl ) en las mismas proporciones act!an como un

potenciador para la concentración de Cu" pero cuando uno de estos esta en menor cantidad" el comportamiento va cambiando y se comporta como si solo tuviera una de estos. 1os reactivos $uímicos org+nicos tienen un alto grado de a2nidad selectiva con determinados iones met+licos" se observa $ue al aumentar el porcenta'e del org+nico la concentración de e disminuye debido a la selectividad del org+nico. 1a concentración de iones cobre aumenta" a un punto donde se mantiene comienza a tener comportamientnos lineales :e observa al 2nal del procedimiento $ue la concentración del cobre es muc%o mayor $ue la del %ierro" para obtener cobre m+s puro se realizan procesos electro$uímicos. Conclusiones

8ibliograf9a

.

(. C. L Mill. onferrous Extractive Jetallurgy. (9#0 . &. . H Jorral. Jetalurgia general" tomo (. Ed8 Heverte :. A. Larcelona (990.