Mecanismo y cinética de oxidación de enargita (Cu3AsS4) y estibina (Sb2S3) a altas temperaturas[archivo computacional
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Date
2012
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
El arsénico y antimonio son dos metaloides que comúnmente se encuentran en los
concentrados de cobre chilenos en concentraciones pequeñas, aunque en el caso de arsénico su
concentración puede variar hasta valores mayores a 4% en peso. Estos elementos ocasionan
variados problemas relacionados principalmente con contaminación ambiental, puesto que sus
compuestos suelen ser altamente volátiles durante el tratamiento pirometalúrgico de
concentrados sulfurado complejos de cobre ricos en impurezas. El comportamiento de estos
minerales que contienen estas impurezas incluso a temperaturas de tostación sigue siendo
incierto. Considerando lo anterior, se decidió definir como objetivo principal de la presente tesis, el
determinar el mecanismo y la cinética de oxidación de enargita (Cu3AsS4) y estibina (Sb2S3) en
función de la temperatura, T, y la presión parcial de oxígeno, PO2. El trabajo experimental de
esta tesis se desarrolló en el marco del proyecto FONDECYT Nº1080296. La mayor parte de
los experimentos se realizaron en un equipo termogravimétrico a distintas temperaturas
(350~1200ºC) y presiones parciales de oxígeno (0.01 a 0.21 atm.). La gravimetría en conjunto
con la difracción de rayos X, XRD, de muestras parcial o totalmente tratadas, permitieron
determinar las reacciones involucradas en el proceso de oxidación tanto de la enargita como de
la estibina. Los resultados obtenidos concernientes a la enargita en todo el rango de temperaturas estudiado
(375-1100ºC) mostraron que en presencia de oxígeno, se descompone primeramente a tenantita
(Cu12As4S13) con la consecutiva formación de calcosina (Cu2S) y volatilización del arsénico
como As4O6. Después de estas reacciones consecutivas, la calcosina se oxida a cuprita (Cu2O)
para finalmente sobre-oxidarse a tenorita (CuO). La cinética de oxidación de la enargita resultó
ajustable a un control de orden cero: X=kapp t. La energía de activación calculada fue de 35.6
kJ/mol, característico de una cinética de reacción controlada por reacción química.
Por otra parte, los resultados obtenidos concernientes a la oxidación de estibina mostraron la
completa reacción para producir senarmontita (Sb2O3) en fase sólida en un rango de
temperaturas de 300-500ºC. La cinética de oxidación de la estibina fue ajustable a un modelo
de primer orden 1-(1-X)1/3 = kapp t. Se determinó que la velocidad de oxidación de la estibina es
de orden 0.6 con respecto a la PO2 e inversamente proporcional al tamaño de partícula. La
energía de activación calculada fue de 93.6 kJ/mol. La gravimetría en el rango de temperatura
(700-1000ºC) en conjunto con los análisis de XRD sugiere que la reacción de oxidación de la
estibina involucra la formación secuencial de Sb2O3 con su parcial volatilización dejando un
remanente de SbO2. Por último, sobre 1000ºC, se determinó que la estibina se oxida para
formar Sb2O3, el que luego se descompone formando antimonio metálico.
Description
Tesis presentada para optar al grado de Doctor en Ingeniería Metalúrgica.
Keywords
Arsénico, Cobre Metalurgia, Metaloides, Antimonio