Lixiviacion a Presion Firme

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LA LIXIVIACIÓN A PRESIÓN

LA LIXIVIACIÓN A PRESIÓN

Se hace con dos fines: para acelerar la disolución de todos los valores que contiene la solución Se hace con dos fines: para acelerar la disolución de todos los valores que contiene la solución de lixiviación y para mejorar el régimen desolubilización de los sólidos que, en el mejor de los de lixiviación y para mejorar el régimen desolubilización de los sólidos que, en el mejor de los casos, sólo son solubles lenta-mente a la presión atmosférica. Las autoclaves cerradas que se casos, sólo son solubles lenta-mente a la presión atmosférica. Las autoclaves cerradas que se usan para la lixiviación a presión permiten también temperaturas más altas que las que es usan para la lixiviación a presión permiten también temperaturas más altas que las que es posible tener con los tanques abiertos, y esto acelera también la rapidez de disolución. Los posible tener con los tanques abiertos, y esto acelera también la rapidez de disolución. Los reactivos gaseosos como el oxigeno, son con frecuencia importantes para la disolución rápida reactivos gaseosos como el oxigeno, son con frecuencia importantes para la disolución rápida de los componentes metálicos, y la cantidad de estos gases que puede mantenerse en la de los componentes metálicos, y la cantidad de estos gases que puede mantenerse en la solución lixiviante dependerá de la presión del gas en el autoclave disolviéndose una mayor solución lixiviante dependerá de la presión del gas en el autoclave disolviéndose una mayor cantidad mientras más alta sea la presión y, consecuentemente, mayor será la rapidez de cantidad mientras más alta sea la presión y, consecuentemente, mayor será la rapidez de disolución de los sólidos. Los materiales tales como los sulfuros, que son relativamente disolución de los sólidos. Los materiales tales como los sulfuros, que son relativamente insolubles en condiciones normales de lixiviación en tanque abierto, se vuelven solubles si insolubles en condiciones normales de lixiviación en tanque abierto, se vuelven solubles si puede mantenerse una presión suficientemente alta para forzar cantidades considerables de puede mantenerse una presión suficientemente alta para forzar cantidades considerables de oxígeno en la solución lixiviante. Esto elimina el tratamiento preliminar que se requiere para oxígeno en la solución lixiviante. Esto elimina el tratamiento preliminar que se requiere para los sulfuros, en el cual tiene que dárseles primero una tostación oxidante para convertir los los sulfuros, en el cual tiene que dárseles primero una tostación oxidante para convertir los sulfuros en sulfatos solubles u óxidos antes de lixiviarlos. Los autoclaves para lixiviación a alta sulfuros en sulfatos solubles u óxidos antes de lixiviarlos. Los autoclaves para lixiviación a alta presión se fabrican de metal de alta resistencia mecánica y de acero inoxidable o de titanio presión se fabrican de metal de alta resistencia mecánica y de acero inoxidable o de titanio para resistir el severo ataque de la solución lixiviante a temperatura y presión elevadas. Con para resistir el severo ataque de la solución lixiviante a temperatura y presión elevadas. Con frecuencia son también revestidos de vidrio, plomo o ladrillo para evitar la corrosión del frecuencia son también revestidos de vidrio, plomo o ladrillo para evitar la corrosión del equipo, y por lo general tienen algún tipo de agitador. Con frecuencia también se tienen equipo, y por lo general tienen algún tipo de agitador. Con frecuencia también se tienen serpentines de enfriamiento o de calentamiento interconstruidos para preverla necesidad de serpentines de enfriamiento o de calentamiento interconstruidos para preverla necesidad de remover o agregar calor ala solución de lixiviación dentro del recipiente durante el proceso. Se remover o agregar calor ala solución de lixiviación dentro del recipiente durante el proceso. Se encuentran autoclaves de tipo vertical u horizontal, siendo ambos tipos de longitud varias encuentran autoclaves de tipo vertical u horizontal, siendo ambos tipos de longitud varias veces (cuatro o cinco)

veces (cuatro o cinco) mayor que su diámetro. El autoclave de tipo mayor que su diámetro. El autoclave de tipo horizontal que se usa en loshorizontal que se usa en los concentrados de sulfuros está dividido en cuatro compartimientos, con un impulsor accionado concentrados de sulfuros está dividido en cuatro compartimientos, con un impulsor accionado mecánicamente en cada uno de ellos para mantener los sólidos en suspensión. También va mecánicamente en cada uno de ellos para mantener los sólidos en suspensión. También va provisto de serpentín de enfriamiento para mantener la reacción de lixiviación a la provisto de serpentín de enfriamiento para mantener la reacción de lixiviación a la temperatura óptima. La lixiviación se efectúa en varios recipientes de reacción instalados en temperatura óptima. La lixiviación se efectúa en varios recipientes de reacción instalados en serie, y en aproximadamente 90 minutos, entra en solución el 95% del contenido metálico que serie, y en aproximadamente 90 minutos, entra en solución el 95% del contenido metálico que llevan los sólidos. La solución cargada se separa del residuo insoluble en espesadores y se llevan los sólidos. La solución cargada se separa del residuo insoluble en espesadores y se dirige a la planta de precipitación para recuperar los valores que contiene.

dirige a la planta de precipitación para recuperar los valores que contiene. Lixiviación de presión

Lixiviación de presión Una planta de la lixiviación de presión (Figura 8)

Una planta de la lixiviación de presión (Figura 8) esencialmente se compone de una bomba deesencialmente se compone de una bomba de alta presión que fuerce continuamente la mezcla del concentrado o del mineral en una

alta presión que fuerce continuamente la mezcla del concentrado o del mineral en una

autoclave calentada en una temperatura de 150 - 200oC y operando a alta presión. La mezcla autoclave calentada en una temperatura de 150 - 200oC y operando a alta presión. La mezcla que sale de la autoclave se introduce en unos tanques donde ocurre la extensión repentina así que sale de la autoclave se introduce en unos tanques donde ocurre la extensión repentina así lanzando el vapor de baja presión que se utiliza para precalentar la mezcla de la alimentación y lanzando el vapor de baja presión que se utiliza para precalentar la mezcla de la alimentación y al mismo tiempo disminuir la presión para permitir la filtración a la presión ambiente. En tal al mismo tiempo disminuir la presión para permitir la filtración a la presión ambiente. En tal sistema la economía del calor es máxima.

sistema la economía del calor es máxima. UNA AUTOCLAVE TÍPICA SE DEMUESTRA EN LAUNA AUTOCLAVE TÍPICA SE DEMUESTRA EN LA FIGURA.

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LIXIVIACIÓN A PRESION

Para el caso de los minerales sulfurados de cobre, lixiviarlos es un proceso que se espera que sea más complejo debido a que los enlaces entre los iones de los minerales sulfurados es más fuerte que los comunes, haciéndolos mas resistentes a las temperaturas y presiones, lo que se conoce como la naturaleza refractaria de los minerales de sulfuro. Esto implica que a menudo en las plantas procesadoras de minerales de cobre se usen reactores presurizados, llamados autoclaves.

El equipo utilizado para la lixiviación a presión es parte medular de los procesos de recuperación de mineral, ya que de ello depende de la eficiencia del proceso.

Para la lixiviación a presión se utilizan autoclaves que pueden ser horizontales o verticales; los cuales soportan altas temperaturas y presiones, estas poseen sistemas de enfriamiento, y en algunos casos agitación mecánica.

Se construyen de diferentes materiales dependiendo de la solución utilizada.

* Equipos de lixiviación para pentlandita (también llamados equipos para el proceso Sherrit-Gordón):

- Se utilizan 2 autoclaves, ya que la lixiviación se lleva en dos etapas. Las autoclaves son horizontales y están divididas en 4 compartimientos, y cada uno con su propio

impulsor para así mantener los solidos en suspensión y además tienen vertederos ajustables.

- Están equipadas con serpentines de enfriamiento, para extraer el exceso de calor generado por la reacción.

- Las autoclaves están construidas de acero inoxidable o de titanio, para resistir el fuerte ataque de la solución de lixiviación; los serpentines de enfriamiento son de titanio y los impulsores de acero inoxidable.

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* Equipos de lixiviación para carnotita (también llamados equipos para el proceso alcalino para uranio):

- Se lleva a cabo en autoclaves horizontales y cilíndricas, con impulsores del tipo propela.

- Las autoclaves están conectadas en serie en un banco de 6 a 9 autoclaves; están aisladas con fibra de vidrio para mantener el calor generado por la reacción, varios serpentines van insertados en la primera y tercera autoclaves con el propósito de elevar la temperatura.

- El material de construcción es de acero, lo mismo para sus impulsores, ya que los problemas de corrosión son mínimos.

* Equipos de lixiviación para bauxita (también llamados equipos para el proceso Bayer): - Las autoclaves son horizontales del tipo tanque con agitadores. Pueden ser

enchaquetadas para vapor o inyectando vapor presurizado.

- Están construidas de acero al carbón y sus agitadores de acero inoxidable. - Las autoclaves pueden ser del tipo Batch o continúo.

LA BORNITA Y SU LIXIVIACIÓN EN AUTOCLAVE.

La bornita o erubescita es un mineral del grupo de los Sulfuros. Es un sulfuro de hierro y cobre, de color cobre manchado con iridiscencis púrpuras, siendo su fórmula química es Cu5 Fe S4 Se forma en las intrusiones ígneas, formándose como mineral primario de cobre en los filones pegmatíticos e hidrotermales asociados a cámaras magmáticas. También puede aparecer de forma secundaria, en las zonas de oxidación de los yacimientos asociada a la malaquita. Es extraída por su importancia industrial como mena del cobre y se encuentra en depósitos porfídicos junto con otra mena de cobre más abundante y común, la calcopirita. Tanto la calcopirita como la bornita son sustituidas por calcosina y covelina en los depósitos enriquecidos en cobre.

Algunos de los grandes yacimientos de este mineral se encuentran en México, Estados Unidos, Perú y Chile.

Como logramos ver anteriormente, la naturaleza refractaria de los minerales sulfurados hace más difícil su lixiviación, esto se ve reflejado al comparar minerales oxidados y sulfurados con respecto a su recuperación y al tiempo que se demora en recuperar el mineral de cobre. Su disolución por debajo de 40°C con Fe+³, se realiza por dos etapas, siendo la primera mucho

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más rápida, termina con la disolución del 28% del cobre, la segunda es lenta y prácticamente se detiene cuando un 40% del Cu ha sido extraído. Además se obtiene como subproducto de esta segunda etapa a la calcopirita, la cual para disolverse también necesita de dos etapas, pero esta ves ambas son lentas, lo cual solo deja espacio a una lixiviación en autoclaves para hacer económica su recuperación, pero esto se hablara con mayor detalle más adelante.

Si bien la bornita puede tratarse a temperaturas normales, así mismo podemos tratar desde un comienzo este mineral a temperaturas mayores, en donde las dos etapas se presentan con mayor rapidez, la primera hasta con un 40% de extracción y la lenta hasta la disolución total del cobre. Estos resultados hacen que la lixiviación en autoclaves sea una gran oportunidad para la industria para recuperar más cobre y en menor tiempo.

En los últimos 15 años las condiciones de extracción se han perfeccionado y hay mineras que son líderes mundiales en el uso de tecnología de autoclaves, la que se ha venido utilizando desde entonces, cuyo desempeño ambiental ha sido bien documentado y reconocido. La idea es hacer una minería con impacto mínimo para el medio ambiente y que la tierra

pueda ser recuperada después que cesen las operaciones de extracción, todo aquello nos lleva a pensar en una minería más responsable y sustentable en el tiempo, la protección y

conservación del entorno es uno de los principales objetivos de trabajo.

Por ello, los autoclaves, son considerados aptos para medio de lixiviación de sulfuros en los cuales no se tiene contaminación de gases al exterior de este, excepto vapor, y se realiza la refinación de metales que tiene impurezas y así podremos ver como un proceso tan amigable con el medioambiente puede ser tan efectivo en la separación, como lo es este método de separación de pulpas.

Autoclaves

Cómo funcionan:

El material de molienda (roca molida) contiene un alto nivel de sulfuro. Para separar los

metales, entre ellos el oro, es necesario “cocerlos” dentro de las autoclaves que permiten

capturar los gases y eliminar los residuos tóxicos.

En estas enormes ollas de presión, el sulfuro se somete a altas temperaturas y baños a presión en oxígeno puro, convirtiéndolo en óxido de metal. El resultado es un proceso ambientalmente amigable para la separación de la partícula de interés.

La lixiviación por presión es una alternativa hidro-metalúrgica bien establecida para oro,

níquel, PGE y minerales metales básicos. Desde 1985, se han desarrollando diagramas de flujo y operando plantas piloto integradas en respaldo de estudios de factibilidad bancables que incluyen lixiviación por presión. Numerosas plantas operativas han sido construidas.

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La lixiviación de sulfuros en autoclave se realiza a temperatura y presión elevadas para lograr la oxidación y solubilización del azufre, y su separación. Por esta técnica, el producto de autoclave es una solución ácida en la que los metales del mineral son solubles. En tanto un lodo atrapa las especies inertes como arcillas y partículas de metales preciosos.

Posteriormente, se efectúa la neutralización para enseguida efectuar la cianuración. En el proceso de lixiviación a presión y temperaturas controladas de especies sulfuradas, donde intervienen el aire u oxígeno y la presencia de carbonato de sodio, normalmente se oxidan los sulfuros para dar ácido sulfúrico. Además, durante dichas lixiviaciones se forman hidróxido de hierro y sulfato de sodio, como puede observarse en las siguientes ecuaciones: De acuerdo con la literatura, la generación de ácido sulfúrico a partir de la pirita parece proceder en tres etapas principales:

1. Oxidación del hierro y el azufre del mineral para producir ácido sulfúrico más sulfato ferroso soluble.

2. Conversión del sulfato ferroso y formación del sulfato férrico. Etapa de control del proceso. 3. Finalmente, la hidrólisis del hierro férrico, la que procede a valores de pH menores que 1.0 y a temperaturas superiores a 150 C.

Es de considerar que a valores de pH mayores que 1.0, el sulfato férrico se hidroliza para formar ácido sulfúrico y una sal básica insoluble.

Siendo muy escasa la concentración del ión férrico en solución. En un pH de 1.0 la

concentración de equilibrio del ión férrico se incrementa, rápidamente cuando se incrementa la acidez libre.

En la lixiviación de menas auríferas, el contenido de hierro en la solución se controla del mismo modo que para el ácido. Lo favorable de esto es que durante la lixiviación a presión, el oro no es atacado y permanece en el residuo y es la solución la que se desecha. Un incremento en la acidez y una alta concentración de hierro resultante en la solución de descarte, constituyen una ventaja. Sin embargo, éstas deben ser controladas de modo tal que después de la

lixiviación a presión no quede nada de pirita sin oxidar, ya que esto puede resultar en una baja extracción de oro después de la cianuración.

La efectividad de la digestión ácida a presión, sobre otros procesos de digestión a presión, puede determinarse cuando:

1. En el proceso se requiere solamente aire u oxígeno como reactivo y por lo tanto resulta más económico que otros procesos de digestión a presión.

2. El período de oxidación es usualmente más corto que con los otros procesos de digestión a presión.

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Estos se lixivian en gran variedad de formas, por lixiviación en el sitio, en pilas y por

percolación en tanques a presión atmosférica, y también en autoclaves agitados a altas y bajas presiones. En la lixiviación atmosférica, se oxidan los sulfuros a sulfatos solubles y a óxidos, los cuales se disuelven fácilmente en las soluciones lixiviantes acuosas de ácido sulfúrico y sulfato férrico, o bien pueden lixiviarse como sulfuros con cloruro férrico. En los autoclaves de alta presión se tiene una solución acuosa concentrado de amoniaco que disuelve al cobre. Debido a que el cobre es uno de los pocos metales que forman iones complejos cuproamoniacales, puede de esta manera recuperarse selectivamente. La lixiviación a baja presión se efectúa a presión casi atmosférica en un sistema de oxigeno-amoniaco-sulfato de amonio y es el más reciente de los procesos de lixiviación.

Lixiviación en autoclave de Calcopirita.

La recuperación de cobre desde calcopirita por medio de lixiviación es compleja,

principalmente porque la disolución tiene una cinética muy lenta en la mayoría de los medios de lixiviación, y porque se produce una solución de cobre altamente contaminada con hierro. En contraste, la lixiviación de calcopirita sulfurizada para producir cobre es un proceso muy atractivo debido a que la disolución tiene una cinética rápida y es un proceso muy selectivo en medio cloruro.

El mineral sulfurado de cobre más común en los concentrados chilenos es la calcopirita y también el mineral más difícil de lixiviar. Aún en medios fuertemente oxidantes la cinética de disolución de calcopirita es mucho más lenta que la de otros sulfuros de cobre y además no extrae el cobre selectivamente sobre el hierro. La precipitación y descarte del hierro desde las soluciones de lixiviación de calcopirita es un problema grave ya que los precipitados tienen un alto potencial contaminante y requieren de sistemas de confinamiento especiales y caros para prevenir la contaminación ambiental.

En estudios recientes los autores determinaron que mediante la reacción de calcopirita con azufre elemental (reacción de sulfurización) a temperaturas moderadas era posible

transformarla en especies más fáciles de lixiviar. Esos estudios también mostraron que si la sulfurización de calcopirita se realiza en el rango de temperaturas 325 - 400 ºC la calcopirita se transforma según la siguiente reacción global:

CuFeS2 + S = CuS + FeS2 (1)

Formándose las fases covelina y pirita; mientras que sobre 400 °C, la reacción global fue: 5CuFeS2 + 4S = Cu5FeS6 + 4FeS2 (2)

Formándose las fases idaita y pirita. La reacción (1) es la reacción más deseada puesto que la calcopirita se transforma en sulfuros separados de cobre y de hierro.

Lixiviación de los sulfuros de níquel:

Estos se lixivian en dos formas bastante diferentes, como concentrados de flotación en solución amoniacal realizada en autoclaves a temperatura y presión altas, y como mata de convertidor finamente molido y después lixiviado con una solución de ácido sulfúrico en

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tanques agitados a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente. En ambos casos se lleva el níquel a la solución, junto con el cobre y el cobalto presentes, y éstos se separan luego selectivamente.

VISIÓN GENERAL DE APLICACIONES AUTO-CLAVE

• Oxidación ácida y alcalina de concentrados y minerales de oro refractario • Lixiviación de concentrado de cobre, zinc, níquel y/o cobalto

• Lixiviación de concentrado de níquel • Precipitación de sulfuro de Ni, Co • Lixiviación de mineral de uranio

• Purificación de concentrado de grafito • Lixiviación (cáustica) de mineral de arsénico • Lixiviación de concentrado de molibdenita • Precipitación de escoradita

• Lixiviación de laterita cobalto, níquel • Estabilización de jarosita

• Precipitación de hematita • Lixiviación cáustica

• Lixiviación Polimetálica PGM (PLATSOLTM)

PRUEBA METALURGICA CON LIXIVIACION A PRESION

Cinética de la lixiviación de calcopirita sulfurizada a altas presiones en H2SO4-O2 Resumen

El proceso de Sulfidación-Lixiviación para el tratamiento de concentrados de calcopirita es una alternativa no contaminante (por SO2 ) para producir cobre. Este proceso consiste en la tostación de calcopirita con azufre a temperaturas inferiores a los 400°C seguidas por lixiviación del material sulfurizado para disolver el cobre. El presente trabajo trata del estudio de la cinética de la lixiviación a presión de concentrado de calcopirita sulfurizada en soluciones de H2SO4-O2.

1. Introducción

La tecnología convencional de fundición/conversión del cobre a partir de concentrados de calcopirita produce inevitablemente contaminantes (SO2, impurezas volátiles y polvos tóxicos). Se han hecho avances en la captura del SO2 y su posterior conversión a ácido sulfúrico, pero aún así la fundición/conversión presenta problemas ambientales (cuesta capturar el SO2). Por otro lado, la lixiviación de concentrados de calcopirita presenta una alternativa que minimiza la contaminación a la atmósfera. Sin embargo, la lixiviación directa de concentrados de calcopirita aún presenta una baja cinética de disolución; además existen problemas relacionados a la precipitación y disposición de una gran cantidad de hierro que se disuelve

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 junto al cobre. Es sabido que la disolución de sulfuros secundarios de cobre (como calcosina y covelina) es mucho más rápida que la disolución de la calcopirita.

En esta materia, Padilla et al. (2003) ha desarrollado un proceso que transforma la composición química de la calcopirita en sulfuros simples, que son más propensos a ser lixiviados.

El proceso es el siguiente: CuFeS2 + S = CuS + FeS2

Éste consiste en la sulfurización de la calcopirita con azufre elemental a temperaturas entre 350-400°C.  En este rango la transformación ocurre a una alta tasa, produciendo covelina y pirita.

La reacción anterior está limitada por la temperatura: a temperaturas superiores a los 400 °C se producirá idaita y pirita:

(1) 5CuFeS2  + 4S = Cu5FeS6  + 4FeS2

El producto de la reacción ,luego es lixiviado para la extracción de cobre. Son dos las características principales de este proceso:

 La lixiviación del material sulfurizado es más rápida que una lixiviación natural de calcopirita.  La lixiviación podría ser selectiva dado que el cobre y el hierro se encuentran en fases

separadas.

La lixiviación del producto de la sulfurización en un sistema sulfúrico ácido-oxígeno es un

proceso alternativo atractivo, pues la solución “preñada” (pregnant solution) puede ser

incorporada en los circuitos convencionales de lixiviación-purificación-electroobtención. Disolución de covelina y pirita en H2SO4-O2:

Disolución de covelina:

(2) CuS + 0,5O2 + 2H+ = Cu2+ + S0 + H2O

(3) CuS + 2O2 = Cu2++ SO4

2-Disolución de pirita:

(4) FeS2+ 0,5O2 + 2H+ = Fe2+ + 2S0 + H2O (5) FeS2+ 3,5O2 + H2O = Fe2+ + 2H++ SO4

2-La reacción (2)  es la más deseable pues el azufre se presenta en los residuos como azufre elemental. Sin embargo, la proporción de azufre y sulfato dependerá de las condiciones de lixiviación. Por otro lado, las reacciones (4) y (5) deberían ser minimizadas para una disolución de cobre selectiva a partir de materiales que contienen sulfuros de cobre y de hierro, tales como calcopirita sulfurizada.

La lixiviación de la covelina (reacciones (2) y (3) ) es muy lenta a condiciones atmosféricas; por lo tanto, se requieren altas temperaturas y sobrepresiones de oxígeno, para que la disolución de cobre ocurra a altas tasas en un medio de ácido sulfúrico.

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Es necesario destacar que bajo condiciones de lixiviación a presión los iones ferrosos producidos por la lixiviación de pirita eventualmente serán oxidados a iones férricos por oxígeno, tal como se muestra a continuación:

(6) 2Fe2+ + 0,5O2 + 2H+ = 2Fe3+ + H2O

Fe3+ es un poderoso agente oxidante que puede fácilmente atacar a los sulfuros metálicos; por lo tanto, el mecanismo de lixiviación indirecta involucrado con la oxidación de sulfuros por el ión Fe3+,  acoplado con la re-oxidación del ión Fe2+  por el oxígeno, podría jugar un rol importante en la lixiviación a presión de la calcopirita sulfurizada.

Las reacciones de covelina y pirita con iones férricos para producir azufre elemental o sulfato pueden ser escritas como sigue:

(7) CuS + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ + S0

(8) CuS+8Fe3++4H2O = Cu2++ 8Fe2++ SO42-+8H+ (9) FeS2 + 2Fe3+  = 3Fe2+ + 2S0

(10) FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2++ 16H++ 2SO4 2-Cabe notar lo siguiente:

(6) + (7) = (2) (6) + (8) = (3) (6) + (9) = (4) (6) + (10) = (5)

Por lo tanto, las ecuaciones (2) a la (5) son las reacciones generales que ocurren en el sistema estén o no involucrados iones férricos en la lixiviación. En la práctica, es difícil determinar en qué grado el mecanismo de lixiviación indirecta podría afectar a la tasa de lixiviación a presión del hierro que contiene mezclas de sulfuro.

Recientemente, Padilla ha estudiado la lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada en sistemas sulfúricos ácido-oxígeno a temperaturas bajas (90 a 120°C) y de 5 a 15 atm de presión parcial de oxígeno. Padilla et al. encontraron que la disolución de cobre a partir de partículas sulfurizadas se incrementó para temperaturas sobre los 108°C, y un aumento adicional a los 120°C disminuyó la disolución de cobre. Esta disminución en disolución de cobre a este rango de temperatura fue atribuido a la formación de una capa de azufre líquido cubriendo la superficie de la partícula, la cual inhibió la disolución de cobre.

En el presente trabajo, se presentan los resultados experimentales en la lixiviación a presión de calcopirita sulfurizada en un medio sulfúrico ácido-oxígeno a un rango medio de temperatura desde 125 a 150°C. El principal objetivo fue la determinación de la cinética de la disolución de cobre.

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El estudio experimental se realizó usando un concentrado de calcopirita proveniente de la mina Andina de CODELCO-Chile, el cual fue tamizado para obtener fracciones con un rango estrecho de tamaño de partículas.

2.2 Procedimiento de Lixiviación

La lixiviación de las muestras de calcopirita fue llevada a cabo en un autoclave. Se usaron 2 g de material sulfurizado, 1000 ml de solución ácida de lixiviación, y oxígeno puro. El procedimiento consistió en calentar la solución a 95°C; una vez a esta temperatura, se agregó la muestra sólida y el sistema fue además calentado para ajustar la temperatura para el experimento. A la temperatura ajustada, el oxígeno fue admitido y la presión parcial de oxígeno fue ajustada al valor deseado, y el experimento fue ejecutado por el tiempo preestablecido. Al final del experimento, el autoclave fue rápidamente enfriado en agua y la solución filtrada para colectar los residuos sólidos. La solución fue analizada para Cu y Fe por espectroscopía de absorción atómica y los residuos sólidos, en algunos casos, fueron analizados por microscopía SEM y microscopía óptica. Además, los residuos sólidos para algunos experimentos fueron también analizados para azufre elemental por el método de extracción Soxhlet, el cual es un método gravimétrico en donde el azufre elemental es extraído de la muestra usando disulfuro de carbón como solvente.

3. Resultados y Discusión 3.1 Productos de Lixiviación

De acuerdo a la reacción de lixiviación (2), los residuos sólidos de la lixiviación deberían contener azufre elemental. Los residuos sólidos de lixiviación a varias temperaturas fueron analizados por XRD con el fin de determinar la formación de azufre elemental como producto de la reacción. La Figura 3 muestra los patrones de difracción de dos residuos obtenidos a 100°C, 300 minutos, y 150°C, 60 minutos. En ambos experimentos la presión parcial de oxígeno fue mantenida a 507 kPa y la disolución de cobre fue sobre el 96%. Podemos observar en esa figura que el residuo obtenido a 100°C muestra líneas de difracción para el azufre elemental, e inversamente, a temperaturas mayores que 150°C, las líneas de azufre están pérdidas indicando que a esa temperatura el azufre de la covelina fue oxidado esencialmente a sulfato. Además, las líneas de difracción para las impurezas principales de molibdenita y cuarzo fueron

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presentadas en todos los patrones XRD para los residuos de lixiviación. La pirita primaria estuvo siempre identificada en el análisis microscópico de las muestras.

La Figura 4 muestra los resultados del análisis de azufre elemental de los residuos sólidos obtenidos de la lixiviación a variadas temperaturas para 60 minutos y 507 kPa de presiones de oxígeno. Podemos observar en esta figura que a temperaturas bajo los 120°C, se produjo azufre elemental, mientras que a temperaturas mayores (>120°C) la lixiviación ocurrió principalmente por oxidación del azufre en la covelina a sulfato, de acuerdo a la reacción (3). Esto último explica por qué en el rango de temperatura de 125 a 150°C estudiado en esta investigación, la pasivación de la reacción de lixiviación que fue observada previamente a temperaturas cercanas al punto de fusión del azufre, no ocurrió. También se puede observar que a temperaturas inferiores a los 120°C, la disolución de cobre en 60 minutos fue menor al 20% mientras que la disolución de cobre a 150°C para el mismo tiempo fue cercano al 100%.

Figura N° 4: Producción de azufre elemental como función de la temperatura en lixiviación de calcopirita sulfurizada para 60 minutos a 507kPa de presión parcial de oxígeno.

3.5 Influencia del tamaño de partícula en la tasa (velocidad) de lixiviación

Esto se muestra en la Figura 9, la cual muestra información para distintos tamaños. Las condiciones de lixiviación fueron 0,2 M de ácido sulfúrico, 507 kPa de presión parcial de oxígeno y 140°C de temperatura de lixiviación. Se puede observar que para el tamaño de partícula más pequeño existe la más rápida tasa de lixiviación.

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Figura N° 9: Efecto del tamaño de partícula en la lixiviación de calcopirita sulfurizada a 140°C, y 507kPa de presión parcial de oxígeno.

Figura N° 16: Dependencia de la presión parcial de oxígeno con la constante cinética en la lixiviación de concentrados calcopiríticos.

4. Conclusiones

Se puede concluir lo siguiente:

Una velocidad de agitación sobre 600 rpm fue suficiente para eliminar el efecto de esta variable en el estudio de la tasa de lixiviación. La presión de lixiviación del concentrado de calcopirita sulfurizada en el rango de 125 a 150°C ocurre principalmente a través de la reacción (3), con la oxidación de del azufre en el sulfuro, a sulfato. La temperatura tiene una importante influencia en la disolución de cobre en el rango de 120 a 150°C. La tasa de disolución fue muy rápida a 150°C y 507kPa (5 atm). El cobre fue completamente disuelto a partir del concentrado calcopirítico sulfurizado en 45 minutos. Incrementando la presión parcial de oxígeno desde 507 kPa a 1216 kPa (5 a 12 atm) a 140°C, se obtuvo un incremento significativo en la tasa de disolución de cobre. A una alta presión parcial de oxígeno de 1216 kPa (12 atm), sobre el 90% del cobre puede ser disuelto en menos de 45 minutos de lixiviación.

La cinética fue analizada usando el “shrinking rim model”: 1-(1-0,45X)1/3 = kt, y la energía de activación calculada fue de 93,5 kJ/mol, la cual es un valor típico para un proceso controlado por reacción química de superficie. La tasa de disolución de cobre fue determinada como de primer orden con respecto a la presión parcial de oxígeno.

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