Estudio mecanístico de la lixiviación selectiva de arsénico en concentrados de cobre enargíticos

Abstract

La presencia de enargita en reservas de cobre asociadas a sistemas porfíricos es un problema conocido, el cual radica en la gran cantidad de cobre, sumado a la presencia de arsénico en su estructura. La presencia de arsénico dificulta el procesamiento de este mineral debido a su emisión al entorno durante el proceso. Entre muchas vías de procesamiento planteadas por diferentes autores, la lixiviación mediante sulfhidrato de sodio en medio alcalino se muestra prometedora, debido a que permite la separación selectiva del arsénico, dejando un residuo sólido con alto contenido de cobre y bajo en arsénico. El propósito de este trabajo es dar a conocer detalles de la lixiviación de concentrados de cobre enargíticos. Para lo cual, el trabajo investigativo comprende una serie consecutiva de análisis teórico como experimental para seleccionar las mejores condiciones para el procesamiento del concentrado dispuesto y posteriormente para dilucidar un posible mecanismo de reacción, como es detallado a continuación. i.- En primer lugar se realizó una revisión crítica del estado del arte respecto a los procesos de lixiviación de enargita, el cual se encuentra enfocado en sus fortalezas y debilidades con especial énfasis en los productos formados en la superficie del sólido. Es de esperar, hasta cierto punto, que las especies formadas en la superficie del mineral condicionen el desempeño del proceso y sean fundamentales si se quieren lograr conversiones cercanas al 100%. En el caso de la lixiviación en medio ácido, la estructura más reportada es azufre elemental, el cual dificulta en cierta medida el avance de la reacción. Por otro lado en medio alcalino se reportan resultados alentadores, razón por la cual se escogió para realizar los experimentos de laboratorio. ii.- La lixiviación en medio alcalino se llevó a cabo utilizando una muestra de concentrado de cobre con calcosina, enargita y calcopirita como especies principales, proveniente de una mina en Chile. El desempeño del proceso fue evaluado mediante una cinética de reacción a 60°C y a 90°C. El proceso de lixiviación estudiado resultó ser altamente dependiente de la temperatura. A 60°C las extracciones de arsénico no superaron el 10%, mientras que para 90°C la recuperación se encuentra en torno al 80%. A su vez la energía de activación del proceso es 99.5 [kJ/mol] y el mejor ajuste cinético corresponde con un control mediante reacción química. A continuación se presenta el mecanismo de reacción propuesto para el sistema estudiado. Cu_3 As〖S_4〗_((s) )+8OH_((aq))^-→As〖O_4^(3-)〗_((aq) )+1.5 Cu_2 S_((s) )+2.5 S_((aq))^(2-)+4 H_2 O_((l) ) As〖O_4^(3-)〗_((aq) )+4H_2 O_((l) )+4S_((aq))^(2-)→As〖S_4^(3-)〗_((aq) )+8OH_((aq))^- Tanto reacciones de oxidación de calcosina o calcopirita como de sulfidización de oxi-hidróxidos de cobre pueden ocurrir paralelamente. Adicionalmente, de manera inesperada, se midió la liberación de ácido sulfhídrico, alcanzando una concentración de 40 [ppm] en un recipiente de 55,7 [l] de volumen efectivo. Lo anterior puede deberse a la saturación de H2S en la solución, inhibiendo su redisolución. Teniendo en cuenta que esto reviste un problema para la implementación industrial del punto de vista de la seguridad operacional, se vislumbra como posible abatimiento de dichas emisiones, la implementación de un sistema mecánico que fuerce la redisolución del gas. Lo anterior surge de la disminución en 10 [ppm] (25%) de las emisiones de ácido sulfhídrico emitido mediante la implementación de un mecanismo de abrasión. Dicho sistema logra recuperaciones similares con respecto del tanque agitado pero la cinética de reacción es diferente.