Estudio de disolución anódica de calcopirita en medio cloruro a 70°C

Abstract

En el presente trabajo se investiga la lixiviación cúprica de la calcopirita en soluciones cloruradas desaireadas conteniendo 4M NaCl y 0,1M HCl a 70°C, combinando dos métodos electroquímicos. Por una parte, se efectuaron experimentos en una celda de 3 electrodos usando como electrodo de trabajo cristales de calcopirita masiva, Ag/AgCl (3M KCl) como referencia y platino como contra-electrodo. Mediante barridos lineales de potencial a 1 mV/s se caracterizó la cinética de la disolución anódica de la calcopirita en soluciones sin ion cúprico, y la cinética de reducción del ion cúprico sobre la calcopirita en soluciones conteniendo 0,05; 0,25 y 0,5 M de ión cúprico agregado como CuCl2. Se pudo comprobar que la cinética de los subprocesos anódicos y catódicos de la lixiviación se pueden expresar en términos de la ecuación de Tafel. Aplicando la teoría del potencial mixto se determinó la corriente de disolución de calcopirita, cuyos valores son 0,0714; 0,0805; 0,1021 A/cm2 para las concentraciones de ion cúprico 0,05; 0,25 y 0,5 M, respectivamente. La disolución anódica es electroquímicamente más irreversible que la semireacción catódica, siendo por lo tanto en todos los casos la etapa limitante del proceso. En una segunda etapa, se efectuaron experimentos también en una celda de 3 electrodos variando solo el electrodo de trabajo, usando calcopirita particulada. La conducción eléctrica de las partículas de calcopirita se obtuvo adhiriéndolas sobre una cinta de grafito conductora montada en una lámina de platino. El contra-electrodo se ubicó en un compartimiento separado por una membrana de Nafión, de modo que el cobre disuelto no se electro-depositara sobre el platino. Este diseño experimental posibilitó determinar el número de electrones asociado a la disolución de la calcopirita y postular una estequiometría, así como analizar la cinética de disolución de las partículas de calcopirita anodizadas. Se efectuaron experimentos de disolución anódica a 500, 600 y 700 mV versus Ag/AgCl, éstos están en el rango de los potenciales mixtos obtenidos cuando la calcopirita se lixivia en presencia de 0,05; 0,25 y 0,5 M de ion cúprico. La estequiometría obtenida en estos experimentos indica que S^0 y CuS son los principales subproductos sólidos de la disolución; además, se pudo observar que al subir el potencial aplicado en el rango estudiado, el número de electrones asociados a la disolución de calcopirita sube desde 2,25 a 4,63. La formación de S^0 y CuS se comprobó también mediante análisis SEM/EDX de los residuos obtenidos. La variación de la conversión X en el tiempo t se pudo expresar en base al modelo cinético del núcleo sin reaccionar con control difusional de acuerdo a la expresión t/tau=1-3(1-X)^{2/3}+ 2(1-X), con valores de tau igual a 1781, 1256 y 176 días para 500, 600 y 700 mV versus Ag/AgCl, respectivamente. Este comportamiento se puede asociar a la difusión de los iones Cu^{+2} y Fe^{+2} hacia la superficie de la partícula de calcopirita a través de la capa de subproductos sólidos formada durante la disolución, S^0 y CuS.