Laboratorio de
Laboratorio de HidrometalurgiaHidrometalurgia Reporte de Práctica Reporte de Práctica Lixiviación ácida de un
Lixiviación ácida de un concentrado de Cu (calcopirita) con ácidoconcentrado de Cu (calcopirita) con ácido sulfúrico (H
sulfúrico (H22!!""))
!b#etivos
!b#etivos
Conocer las diferentes etapas de un Conocer las diferentes etapas de un procesproceso de o de lixiviación y proponer unlixiviación y proponer un
modelo para la disolución de la calcopirita. modelo para la disolución de la calcopirita.
Estudiar y observar el efecto de la Estudiar y observar el efecto de la acidez en la lixiviación.acidez en la lixiviación.
EsEstutudidiar ar el el efefececto to de de la la tetempmpererataturura a sosobrbre e la la lilixixiviviacacióión n de de unun
concentrado de calcopirita concentrado de calcopirita
Determinar la etapa limitante de la reacción de disolución y calcular elDeterminar la etapa limitante de la reacción de disolución y calcular el
valor de la energía de activación E valor de la energía de activación Eaa..
$ntroducción%
$ntroducción%
Aproximadamente 90 del cobre producido en el mundo se obtiene de Aproximadamente 90 del cobre producido en el mundo se obtiene de sulfuros minerales. En el tratamiento metal!rgico de sus minerales" los sulfuros minerales. En el tratamiento metal!rgico de sus minerales" los procesos piro se emplean en un #0" mientras $ue el uso
procesos piro se emplean en un #0" mientras $ue el uso de los %idro esde los %idro es del &0. Es importante mencionar $ue una venta'a de los procesos 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 pirometal!rgicos es $ue el metal ya se obtiene en lingote" mientras $ue por un proceso %idrometalurgico se tiene $ue calentar el precipitado por un proceso %idrometalurgico se tiene $ue calentar el precipitado pa
para ra fufundndirirlo lo y y obobtetenener r un un lilingngotote" e" eseste te asaspepectcto o es es imimpoportrtantante e dede considerar por la alta temperatura de fusión" (0#)*C" del cobre. Estos considerar por la alta temperatura de fusión" (0#)*C" del cobre. Estos p
prroocceessoos s $$uue e ttrraaddiicciioonnalalmmeenntte e sse e eemmpplleeaan n pparara a pprroocceessar ar uunn concentrado y obtener el cobre en forma met+lica" actualmente se les concentrado y obtener el cobre en forma met+lica" actualmente se les aplican muc%as regulaciones ambientales" lo $ue %a originado investigar aplican muc%as regulaciones ambientales" lo $ue %a originado investigar nuevas formas de tratamiento. Despu,s de una sobreexplotación de los nuevas formas de tratamiento. Despu,s de una sobreexplotación de los yacimientos de sulfuros de cobre" a%ora tambi,n los minerales oxidados yacimientos de sulfuros de cobre" a%ora tambi,n los minerales oxidados de cobre %an comenzado a cobrar importancia.
de cobre %an comenzado a cobrar importancia.
El mineral sulfurado de cobre m+s com!n en los concentrados c%ilenos 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 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 medios fuertemente oxidantes la cin,tica de disolución de calcopirita es muc%o m+s lenta $ue
muc%o m+s lenta $ue la de la de otrootros sulfuros de cobre y s sulfuros de cobre y adem+adem+s s no extraeno extrae el cobre selectivament e sobre el %ierro-(/. 1a precipitación y descarte el cobre selectivament e sobre el %ierro-(/. 1a precipitación y descarte de
del l %i%iererro ro dedesdsde e lalas s sosolulucicionones es de de lilixixiviviacacióión n de de cacalclcopopiriritita a es es unun pr
proboblelema ma grgravave e yya a $u$ue e lolos s prprececipipititadados os titienenen en un un alalto to popotetencnciaiall contaminante y re$uieren de sistemas de con2namiento especiales y contaminante y re$uieren de sistemas de con2namiento especiales y ca
caroros s papara ra prprevevenenir ir la la cocontntamamininacacióión n amambibienentatal l -#-#"9"9. . En En esestutudidiosos recientes -(0 los autores determinaron $ue mediante la reacción de recientes -(0 los autores determinaron $ue mediante la reacción de ccalalcocopipiriritta a cocon n azazufufrre e eelelemmenenttal al 33rreaeaccccióión n de de susulflfururiizzacacióión4 n4 aa
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 Cue:& ; : < Cu: ; e:& 3(4
orm+ndose las fases covelina y pirita= mientras $ue sobre 600 *C" la reacción global fue 5Cue:& ; 6: < Cu5e:> ; 6e:& 3&4
form+ndose las fases idaita y pirita.
1a reacción 3(4 es la reacción m+s deseada puesto $ue la calcopirita se transforma en sulfuros separados de cobre y de %ierro. En este traba'o se presentan datos experimentales de la lixiviación de calcopirita sulfurizada con soluciones de ?&:@6aCl@&. El ob'etivo del estudio fue determinar las condiciones óptimas para disolver selectivamente el cobre contenido en el material de'ando el %ierro en los residuos de lixiviación. Este medio de lixiviación se seleccionó por$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
! PR$&R*&$+, &-,.*&$+, /&RC&R*&$+,
0
cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar emperatura ambiente Agitación 6 cido :ulf!rico 50gl amaFo DGEHEE emperatura ambiente Agitación 6 cido Clor%ídrico 0.( amaFo Est+ndar emperatura ambiente Agitación 62
cido :ulf!rico &5gl amaFo Est+ndar emperatura ambiente cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar emperatura >0*C Agitación 6 cido Clor%ídrico 0.( Cloruro ,rrico 0.0( amaFo Est+ndarAgitación 6 emperatura ambiente Agitación 6
1
cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar emperatura ambiente agitación # cido :ulf!rico 50gl amaFo Est+ndar emperatura ambiente agitación EIJGCA 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 (ppm)Cu (ppm)4e /iempo(min) Cu(ol5L) (ol5L)4e E$uipo(
0 0 0 0 0 0
E$uipo(
( 0.# 0.9 ( 0.000>) 0.000#0>
E$uipo(
& (.> &.5 ) 0.00(&> 0.00&&)9 E$uipo(
) (.# ) 5 0.00(6& 0.00&>#>
E$uipo(
E$uipo( 5 &.# (.9 (0 0.00&&0 0.00(/0( E$uipo( > ).6 ).> (5 0.00&># 0.00)&&) E$uipo( / ).9 >.> )0 0.00)0/ 0.0059(0
uestra (ppm)Cu (ppm)4e /iempo(min) Cu(ol5L) (ol5L)4e E$uipo&
0 ( 0 0 0.000/9 0
E$uipo&
( ).9 0 ( 0.00)0/ 0.00000
E$uipo&
& ).# 6./ ) 0.00&99 0.006&(
E$uipo& ) 6.# 0./ 5 0.00)/# 0.000>) E$uipo& 6 5.( ( / 0.0060( 0.00090 E$uipo& 5 6.6 ).> (0 0.00)6> 0.00)&& E$uipo& > 6.9 ).& (5 0.00)#> 0.00&#/ E$uipo& / 6.6 6.# )0 0.00)6> 0.006)0 E$uipo& # 6.6 /.9 65 0.00)6> 0.00/0/
uestra (ppm)Cu (ppm)4e /iempo(min) Cu(ol5L) (ol5L)4e E$uipo) 0 0.) 0 0 0.000&6 0.00000 E$uipo) ( &.& 0.6 ( 0.00(/) 0.000)> E$uipo) & 6./ 0.6 ) 0.00)/0 0.000)> E$uipo) ) 6.) (.> 5 0.00))# 0.00(6) E$uipo) 6 6.6 & / 0.00)6> 0.00(/9 E$uipo) 5 6.5 6 (0 0.00)56 0.00)5# E$uipo) > 5.9 ).6 (5 0.006>6 0.00)06 E$uipo) / 5 ).9 )0 0.00)9) 0.00)69 E$uipo) # 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 (ppm)Cu (ppm)4e /iempo (ppm)Cu (ppm)4e 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) Tiempo
(min) Cu (mol/L) Fe (mol/L)
Equipo 1 0 0.2 0 0 0.0001574 0.0000000 Equipo 1 1 0.2 3 1 0.0001574 0.0026862 Equipo 1 2 0.4 2 3 0.0003148 0.0017908 Equipo 1 3 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 0.0116404 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
Efecto de la concentración de ácido 0 5 (0 (5 &0 &5 )0 )5 60 65 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( Cu 3e$ (4 50g1 Cu 3e$ &4 &5g1
/iempo (min) Concentración (mol5L) 6 7 06 07 26 27 16 17 "6 "7 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0( 0.0( e 3e$ (4 50 g1 e 3e$ &4 &5 g1
/iempo (min) Concentración (mol5L)
Efecto del tamaño de partícula 0 (0&0)06050 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0( Cu 3e$ (4 Est+ndar Cu 3e$ (4 Diferente /iempo (min) Concentración (mol5L)
0 (0&0)06050 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0(
e 3e$ (4 Est+ndar e 3e$ (4 Diferente
/iempo (min) Concentración (mol5L) Efecto de la Temperatura 0 (0 &0 )0 60 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0( Cu 3e$ (4 amb Cu 3e$ &4 >0* C /iempo (min) Concentración (mol5L)
0 (0 &0 )0 60 0 0.0( 0.0& 0.0) 0.06 0.05 0.0>
e 3e$ (4 amb e 3e$ &4 >0* C
/iempo (min) Concentración (mol5L)
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.
0 (0 &0 )0 60 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0( Cu 3agitación 64 Cu 3agitación #4 Cu 3agitación neumatica4 /iempo (min) Concentración (mol5L) 0 &0 60 >0 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0( 0.0( 0.0( e 3agitación 64 e 3agitación #4
e 3agitación neumatica4
/iempo (min) Concentración (mol5L)
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 60 50 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Cu 3Ac :ulf!rico4 Cu 3?Cl4 /iempo (min) Concentración (mol5L) 0 (0 &0 )0 60 50 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0( 0.0( 0.0( 0.0&
e 3Ac :ulf!rico4 e 3?Cl4
/iempo (min) Concentración (mol5L)
.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 60 50 0 0 0 0 0 0.0( 0.0( 0.0( Cu 3?Cl 0.(4 Cu 3?Cl 0.( ; eCl) 0.0( Cu 3?Cl 0.( ; eCl) 0.(4 /iempo (min) Concentración (mol5L)
0 (0 &0 )0 60 50 0 0.0( 0.0( 0.0& 0.0& 0.0) 0.0) 0.06 0.06 e 3?Cl 0.(4 e 3?Cl 0.( ; eCl) 0.0( e 3?Cl 0.( ; eCl) 0.(4 /iempo (min) Concentración (mol5L)
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.
