Estudio exploratorio de la lixiviación de sulfuros de cobre en medio cloruro.

Abstract

El objetivo del presente trabajo fue estudiar el mecanismo de la lixiviación agitada de un concentrado sulfurado de cobre bajo condiciones cloruradas y a presión atmosférica. Se investigó experimentalmente el efecto de variables relevantes en la cinética de extracción de cobre, entre estas, la concentración de NaCl en cantidades fijas de H2SO4, la temperatura de operación, el tamaño de partícula y la adición de iones Fe3+ como oxidante. También fue examinado el potencial redox, medido referido al electrodo de Ag/AgCl y el pH a todo momento. Los resultados resaltaron la influencia significativa de la concentración de NaCl en la disolución del cobre. Este efecto positivo fue reflejado en la cinética de disolución del cobre, atribuido a la formación de complejos cloro-metálicos. La extracción de cobre sigue un modelo de Arrhenius con la temperatura, encontrándose que la extracción de cobre asciende al aumentar la temperatura. Se destacó que a 50°C se obtuvieron disoluciones por encima del 75%, más del doble de extracción a temperatura ambiente, bajo las mismas condiciones operacionales en sólo 30 horas de lixiviación. El tamaño de partícula más fino incrementó la extracción del cobre, debido a una mayor superficie de contacto entre el mineral y la solución lixiviante. Adiciones de férrico al sistema mejoraron la cinética sólo a bajas concentraciones (menores a 3.5 g/L). A altas concentraciones (sobre 7.0 g/L) se produjo un incremento en el potencial redox de la solución por encima de los 570 mV vs Ag/AgCl, lo cual afectó negativamente la cinética de disolución del cobre. Durante las experiencias, se observó que el ORP aumentó con respecto a la concentración de NaCl, definiendo un rango activo de 340 a 437 mV vs Ag/AgCl. Al variar las temperaturas, el ORP se estableció en un rango crítico de 357 a 477 mV vs Ag/AgCl. El tamaño de las partículas no influyó en el ORP medido, mostrando una estabilidad similar con un rango de 357 a 417 mV vs Ag/AgCl. Las concentraciones altas de Fe3+ (sobre 7.0 g/L) dieron lugar a un ORP entre 570-621 mV vs Ag/AgCl, afectando la recuperación del cobre. Sin embargo, concentraciones bajas de Fe3+ (menores a 3.5 g/L) mostraron un efecto dual, disminuyendo inicialmente el ORP y luego aumentándolo, lo que resultó en mayores recuperaciones de cobre con un rango de 435-530 mV en Ag/AgCl. El análisis cinético de la disolución del cobre no presentó claridad bajo las ecuaciones del modelo de núcleo recesivo. No obstante, por medio de análisis de dependencia lineal en función del tamaño de partícula y el modelo de Arrhenius se concluyó la predominancia de un modelo cinético asociado con reacción química. Esto es representado por el modelo 1−(1−𝑋𝑋)13⁄=𝑘𝑘𝑘𝑘 en 30 horas de disolución, con una energía de activación 79.81 kJ/mol en un rango de temperatura de 25 a 50 °C.

The objective of this study was to investigate the mechanism of agitated leaching of a sulfide copper concentrate under chloride conditions and at atmospheric pressure. The effect of relevant variables on the kinetics of copper extraction was experimentally investigated, including the concentration of NaCl in fixed amounts of H2SO4, the operating temperature, particle size, and the addition of Fe3+ ions as an oxidant. The redox potential, measured relative to the Ag/AgCl electrode, and the pH were also examined throughout the process. The results highlighted the significant influence of NaCl concentration on the dissolution of copper. This positive effect was reflected in the kinetics of copper dissolution, attributed to the formation of chloro-metallic complexes. Copper extraction follows an Arrhenius model with temperature, finding that copper extraction increases with rising temperature. It was noted that at 50°C, solutions above 75% were obtained, more than double the extraction at room temperature, under the same operational conditions in just 30 hours of leaching. Finer particle size increased copper extraction, due to a larger contact surface between the mineral and the leaching solution. Ferric additions to the system improved kinetics only at low concentrations (less than 3.5 g/L). At high concentrations (over 7.0 g/L), there was an increase in the redox potential of the solution above 570 mV vs Ag/AgCl, which negatively affected the kinetics of copper dissolution. During the experiments, it was observed that the ORP increased with respect to NaCl concentration, defining an active range of 340 to 437 mV vs Ag/AgCl. With varying temperatures, the ORP settled in a critical range of 357 to 477 mV vs Ag/AgCl. Particle size did not influence the measured ORP, showing a similar stability with a range of 357 to 417 mV vs Ag/AgCl. High concentrations of Fe3+ (over 7.0 g/L) resulted in an ORP between 570-621 mV vs Ag/AgCl, affecting copper recovery. However, low concentrations of Fe3+ (less than 3.5 g/L) showed a dual effect, initially decreasing the ORP and then increasing it, resulting in higher copper recoveries with a range of 435-530 mV in Ag/AgCl. The kinetic analysis of copper dissolution did not provide clarity under the equations of the shrinking core model. However, through linear dependency analysis in terms of particle size and the Arrhenius model, the predominance of a kinetic model associated with chemical reaction was concluded. This is represented by the model 1−(1−𝑋𝑋)13⁄=𝑘𝑘𝑘𝑘 in 30 hours of dissolution, with an activation energy of 79.81 kJ/mol in a temperature range of 25 to 50 °C.