Relaciones de fases y distribución de arsénico y antimonio durante el tratamiento de limpieza de mata de cobre compleja rica en impurezas mediante carburización a 1473 K

Abstract

Se ha investigado y desarrollado un nuevo proceso pirometalúrgico, para eliminar arsénico y antimonio de una mata de cobre compleja rica en impurezas, producida a partir de concentrados de cobre sulfurados. Para asentar las bases de esta tecnología se investigaron las relaciones de fases y la distribución de elementos entre las fases en equilibrio en el sistema Cu-Fe-S-As-Sb saturado con carbón. La investigación se llevó a cabo mediante la realización de una serie de pruebas a escala de laboratorio, evaluando cuatro niveles de impureza de 3, 6, 9 y 12 %másico total de carga (RAs/Sb = 1), en un horno eléctrico experimental a una temperatura de 1473 K, bajo un ambiente altamente reductor. Esto, seguido por un método de enfriamiento rápido por agua, permite que se formen tres fases condensadas distintas en el equilibrio termodinámico; una mata de cobre, una aleación rica en cobre y otra aleación rica en fierro. Las muestras obtenidas de los experimentos fueron analizadas mediante técnicas de análisis de plasma inducido (ICP), espectroscopia de absorción atómica (AAS), espectroscopia infrarroja (CIS) y gravimetría. Los resultados fueron comparados con los datos termodinámicos obtenidos de los sistemas Cu-Fe-S-X-C (X= As, Sb) y se discutieron sobre la base de los coeficientes de actividad de Raoult para el arsénico y el antimonio en la fase de mata para cinco distintos contenidos de cobre. Los modelos matemáticos que gobiernan dichos coeficientes de actividad se basan en los parámetros de interacción para los compuestos menores de la fase de aleación rica en hierro generada en la línea de la brecha de miscibilidad donde coexisten tres fases, y se expresan como: ln[γAs]= -6 + 13 NAs + 7.3 NCu + 9.7 NC + 23.3 NS + 38.1 NSb ln[γSb]= -1.4 + 3 NSb + 23.1 NCu + 18.3 NC - 348.6 NS + 99.8 NAs Donde γX es el coeficiente de actividad para el elemento X = As, Sb y NY es la fracción molar del elemento Y = As, Sb, Cu, C, S. Mediante el análisis de los datos obtenidos se realizaron cálculos de balances de masa relativos al tratamiento de limpieza de una mata de cobre rica en arsénico y antimonio por medio de la adición de arrabio. Los resultados indicaron que, al utilizar una técnica de separación de fases, es factible limpiar hasta un 60% del contenido de As y Sb en una mata de cobre compleja, recuperar cobre valorable tanto en la mata como en la fase de aleación rica en cobre, la eliminación de hierro, arsénico y una aceptable cantidad de antimonio hacia la fase rica en hierro, la cual se podría descartar como un desecho inofensivo y ambientalmente estable.