Influencia de la Acción Química del Oxigeno en la Lixiviación Química y Biológica de Calcopirita a 70°C

Abstract

El presente trabajo de título tiene como objetivo esclarecer la acción química del oxigeno en la lixiviación de calcopirita (CuFeS2) promovida por ión ferroso a 70C, como agente oxidante y como posible catalizador, observando su efecto en el conjunto de reacciones que se establecen en el sistema y contrastando con los antecedentes que se tienen para la biolixiviación del mineral. La metodología implementada consistió en experimentos de lixiviación de calcopirita molida, los que se realizaron en medio Norris a pH 1,5 variando la concentración de ión ferroso inicial. Tres series experimentales se llevaron a cabo bajo distinta presión parcial de oxigeno, con un caso anaeróbico (100% N2), un caso aireado (20% O2) y un caso enriquecido en oxigeno (100% O2), todos con presión total de ~1 [atm]. Una cuarta serie experimental bajo atmósfera 100% oxigeno se realizó a pH 1 con el objetivo de eliminar la precipitación de jarositas. Se incluyó una serie de experimentos sin calcopirita para el estudio de la oxidación de ión ferroso en el seno de la solución. Para cada condición se tomaron muestras periódicamente para medición de cobre, fierro, Eh y pH. Los datos se analizaron mediante el modelo de núcleo sin reaccionar usando los datos de cobre como índice de conversión, y el mineral residual se caracterizó mediante difracción de rayos X. El agente oxidante en la lixiviación de calcopirita con ión ferroso inicial se infiere es ión férrico, y los resultados indican que se alcanzan mayores porcentajes de recuperación en la lixiviación férrica aireada, donde se establece naturalmente un potencial electroquímico de 430 [mV vs Ag/AgCl]. A potenciales superiores, alcanzados por los sistemas con mayor poder oxidante, se desfavorece notablemente la velocidad de disolución del mineral. Esto explicaría la menor eficiencia que se tiene en la biolixiviación de calcopirita que opera a potenciales sobre los 600 [mV vs Ag/AgCl]. El mecanismo de lixiviación férrica a potenciales electroquímicos bajos (<450 mV) sería promovido por ión ferroso al reducir a la calcopirita a calcosina (Cu2S) la que luego es oxidada disolviéndose el cobre. A potenciales altos (>450 mV) el mecanismo es por oxidación directa con posible formación intermedia de covelina (CuS), con mayor energía de activación asociada y pasivación por precipitados de jarosita. Se reconoció un efecto catalítico del oxigeno en la lixiviación férrica, el que estaría dado por la adsorción química del oxigeno en el mineral. La polarización provocada en el sólido debilita los enlaces covalentes que sostienen la red, y la polarización del oxigeno adsorbido en la superficie aporta una lámina negativa que atrae iones positivos. La propiedad paramagnética del oxigeno también generaría inestabilidad en la banda de energía, al provocar tensión en la estructura por interacción de los electrones desapareados del oxigeno adsorbido con los electrones en el mineral. La acción catalítica resulta en el cambio de control de la velocidad global desde difusional en ausencia de oxigeno, a control por reacción química en presencia de oxigeno. Además el coeficiente cinético ks se ve incrementado a mayor solubilidad del gas, equivalente a una relación inversa entre energía de activación y concentración de oxigeno disuelto. La catálisis por oxigeno no se puede potenciar debido a que su presencia también repercute en el potencial electroquímico y cambio de mecanismo del ataque férrico. E Resumen González Aravena, Arely Carolina 5 aire es un buen ambiente para la lixiviación férrica a 70C y pH 1,5; aunque se acumula azufre elemental, por lo que se recomienda el estudio de biolixiviación de calcopirita con microorganismos sulfooxidantes (no ferrooxidantes)