Parra Sánchez, VíctorZapata López, Carlos Enrique2026-06-112026-06-112025https://repositorio.udec.cl/handle/11594/14140Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Metalúrgico/a.Esta investigación aborda el comportamiento del azufre (S), arsénico (As) y molibdeno (Mo) durantela tostación oxidante a muerte de concentrados de cobre. Se utilizó como montaje experimental un reactor de lecho estático y las variables estudiadas fueron la mineralogía del concentrado, el efecto de la temperatura y el tiempo de experimentación. Se llevaron a cabo dos campañas experimentales complementadas con análisis termodinámicos mediante el software FactSage 8.3, utilizando bases de datos específicas para evaluar la estabilidad de los elementos mayoritarios del concentrado (Cu, S, Fe) y los elementos de interés (As y Mo). Asimismo, se analizaron diagramas de estabilidad química y diagramas de Ellingham, incluyendo las principales reacciones de oxidación asociadas al proceso de tostación, en condiciones altamente oxidantes. En la Campaña 1, se evaluaron tres concentrados de diferente mineralogía, concentrado 1 alto en arsénico, concentrado 2 rico en molibdeno y concentrado 3 con valores intermedios, a dos temperaturas de trabajo (780 y 820 °C) y un solo tiempo de experimentación (1.5hr). Tal como se había anticipado a partir de los cálculos de balance de masa, dependiendo de las especies mineralógicas contenidas en el concentrado, se genera una mayor o menor pérdida de masa, donde esta mineralogía afecta significativamente en esta respuesta. Esto se observa más claramente en el concentrado 3, cuyas especies mayoritarias son calcopirita y pirita, que juntas aportan más del 40 % en la pérdida de peso total. Este concentrado alcanzó una pérdida de masa del 21.3 % acercándose al valor teórico (error relativo de 3,80 %). Para los tres tipos de concentrados se evidenció que la mayor pérdida de peso se alcanza a la mayor temperatura de trabajo. Con relación a los resultados de remoción de azufre y la volatilización de los elementos como el As y Mo se puede decir que: - La remoción de azufre aumenta con la temperatura, para los concentrados 1 y 3 siendo 12 % y 30 % el aumento respectivamente. Aunque ambos concentrados poseen una mineralogía diferente, su composición predominante se distribuye a calcopirita, pirita y bornita. El concentrado 2 que, siendo mayoritariamente calcopirita (82.3 %), posee un comportamiento opuesto disminuyendo la remoción con la temperatura en un 10 %. - La volatilización de arsénico se ve afectada negativamente con la temperatura, disminuyendo a medida que esta aumenta para los concentrados 1 y 3, siendo más evidente para este último cuya disminución es cerca del 35 %. Al igual que para la remoción de azufre, el concentrado 2 presenta un comportamiento diferente aumentando la volatilización de este metal con la temperatura, pero no de manera significativa. - El molibdeno no evidenció una volatilización significativa, donde su remoción ronda los valores de 5 % a 13 % por experimentación, indicando una posible fijación de este elemento en la calcina. En la Campaña 2, se analizó el efecto de 4 tiempos de experimentación diferentes (1.5, 3, 5 y 9 h.) a 820 °C. Esta campaña utilizó el concentrado 1 el cual tenía el mayor contenido de As. Los resultados arrojaron que, la mayor pérdida de masa y volatilización de S y As ocurre tras 1.5 horas, estabilizándose posteriormente. El azufre fue removido de forma gradual a lo largo de todo el intervalo de tiempo, alcanzando una concentración mínima en la calcina de 0.6 %, mientras que el arsénico se volatilizó casi por completo a las 1.5 h, con una remoción del 94.5 %, destacando su elevada reactividad inicial. En cuanto al molibdeno, se detectó un incremento aparente en su concentración, atribuible a la pérdida de masa de otras especies y a posibles errores analíticos, reflejados también en un incremento anómalo en la masa final de la muestra. El análisis termodinámico confirmó que, en los sistemas Cu-Fe-As-O-S y Cu-Fe-Mo-O-S, predominan compuestos sólidos, explicando la fijación de As y Mo. No obstante, al evaluar sistemas cuaternarios (Cu-As-O-S y Fe-As-O-S), se identificó que, en ausencia de Fe, el As puede formar especies volátiles (As4O6(g)) en condiciones específicas, lo que coincide con los datos experimentales. Para el Mo, todos los sistemas mostraron exclusivamente fases sólidas (CaMoO₄), concordando con su baja remoción. Finalmente, un análisis SEM-EDS realizado sobre una muestra de la campaña 2, permitió identificar la presencia de molibdatos de calcio y plomo. Este resultado confirmó que el molibdeno, independientemente del alto contenido de Cu y Fe (~30 % p/p cada uno), presenta una mayor afinidad por formar compuestos estables con elementos traza como Ca y Pb, en concordancia con los análisis termodinámicos y la literatura reportada.This study investigates the behavior of sulfur (S), arsenic (As), and molybdenum (Mo) during the dead roasting of copper concentrates under oxidizing conditions. The experimental work was carried out in a static bed reactor, considering as key variables the mineralogy of the concentrate, temperature, and reaction time. Two experimental campaigns were conducted and complemented by thermodynamic simulations using FactSage 8.3, with specific databases selected to evaluate the stability of the major concentrate elements (Cu, S, Fe) as well as the target elements (As and Mo). Furthermore, chemical stability and Ellingham diagrams were analyzed to elucidate the main oxidation reactions governing the roasting process under strongly oxidizing conditions. In Campaign 1, three concentrates of distinct mineralogy were examined: concentrate 1, with high As content; concentrate 2, enriched in Mo; and concentrate 3, with intermediate compositions. Experiments were performed at two temperatures (780 and 820 °C) for a single reaction time (1.5 h). As predicted from mass balance calculations, mass loss was strongly dependent on mineralogical composition, with mineralogy exerting a decisive influence on the outcome. This effect was particularly evident in concentrate 3, whose dominant phases, chalcopyrite and pyrite, accounted for over 40 % of the total weight loss. This concentrate exhibited a mass loss of 21.3 %, in close agreement with the theoretical value (relative error of 3.80 %). Across all concentrates, the highest temperature consistently produced the greatest mass loss. With respect to sulfur removal and the volatilization of As and Mo, the following trends were observed: - Sulfur removal increased with temperature for concentrates 1 and 3, with gains of 12 % and 30 %, respectively. Despite mineralogical differences, both concentrates were dominated by chalcopyrite, pyrite, and bornite. In contrast, concentrate 2, composed primarily of chalcopyrite (82.3 %), displayed the opposite trend, with sulfur removal decreasing by 10 % as temperature increased. - Arsenic volatilization decreased with increasing temperature for concentrates 1 and 3, with the effect especially pronounced in concentrate 3, where a reduction of approximately 35 % was recorded. Conversely, concentrate 2 exhibited a different response, showing a slight but non-significant increase in As volatilization at higher temperatures. - Molybdenum volatilization was not significant, with removal ranging from 5 % to 13 %, indicating a strong tendency for this element to remain fixed in the calcine. In Campaign 2, the effect of reaction time (1.5, 3, 5, and 9 h) was evaluated at 820 °C using concentrate 1, the sample with the highest As content. Results revealed that maximum mass loss and volatilization of S and As occurred after 1.5 h, stabilizing thereafter. Sulfur removal proceeded gradually throughout the entire time range, reaching a minimum residual concentration of 0.6 % in the calcine. In contrast, arsenic volatilized almost completely within 1.5 h, achieving a removal of 94.5 % and highlighting its pronounced initial reactivity. For Mo, an apparent increase in concentration was detected, attributed to mass loss of other species and possible analytical uncertainties, further evidenced by an anomalous increase in the final sample mass. Thermodynamic modeling confirmed that solid phases dominate in the Cu-Fe-As-O-S and Cu-Fe-Mo-O-S systems, explaining the fixation of As and Mo. Nevertheless, analysis of the quaternary systems (Cu-As-O-S and Fe-As-O-S) indicated that, in the absence of Fe, As may form volatile species (As₄O₆(g)) under specific conditions, in agreement with the experimental findings. In the case of Mo, all systems were dominated by stable solid phases (CaMoO₄), consistent with its limited volatilization. Finally, SEM-EDS analysis of a sample from Campaign 2 confirmed the presence of calcium and lead molybdates. This observation demonstrates that Mo, regardless of the high Cu and Fe contents (~30 wt % each), exhibits a greater affinity for forming stable compounds with trace elements such as Ca and Pb. This behavior is consistent with thermodynamic predictions and aligns with previously reported literature.esCC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 InternationalAzufreArsénicoMolibdenoTostación (Metalurgia)CobreThesis