Estudio de la recuperación de los contenidos sulfurados de cobre presentes en un concentrado de flotación de este metal mediante procesos de lixiviación oxidativa en medio clorurado y medio sulfatado asistido por ioduro

Abstract

En esta Tesis se estudian diferentes opciones para provocar la disolución de los contenidos sulfurados de cobre desde un concentrado de flotación de una compañía minera nacional. En particular, se estudiaron tres diferentes alternativas de lixiviación en medio oxidante, todas ellas realizadas a presión atmosférica, a diferentes temperaturas y mediante reactores que operan con agitación mecánica controlada. El estudio contempló las etapas de caracterización química, física y mineralógica del concentrado, la revisión de etapas de pretratamiento sencillas, incluyendo las de lavado del concentrado para eliminar residuos orgánicos de reactivos de flotación, el secado del mismo y un tratamiento posterior con soluciones diluidas de H2SO4 para forzar la disolución de sus bajos contenidos de especies oxidadas de cobre y de especies carbonatadas, donde se hallaron contenidos promedio de cobre soluble de 1,90 %. El concentrado así preparado se sometió al estudio de la etapa de lixiviación propiamente tal, de acuerdo a las siguientes alternativas basadas en los siguientes medios oxidantes: Lixiviación en medio clorurado utilizando el par iónico redox Fe(III)/Fe(II); Lixiviación en medio sulfatado empleando el par Fe(III)/Fe(II) y asistida por ion Ioduro; Lixiviación en medio clorurado utilizando el par iónico Cu(II)/Cu(I). En cada uno de los medios de lixiviación oxidantes señalados se estudiaron el efecto sobre la disolución de Cu(II) de las variables que afectan el proceso, incluyendo la concentración de los medios lixiviantes, la acidez del medio, la temperatura de proceso, la relación sólido (concentrado)/líquido (solución lixiviante) en el reactor, la velocidad de agitación y el tiempo de proceso. De todas ellas, la variable más importante resultó ser la temperatura de proceso; beneficiándose en general la disolución de cobre con el incremento de esta variable, al menos hasta cierto límite. Así, para los medios clorurados se alcanzaron disoluciones de cobre sulfurado cercanos al 70% a 90 °C, mientras que para el medio sulfatado se lograron recuperaciones en torno al 55% a la misma temperatura. Sin embargo, el proceso de lixiviación de cobre desde este concentrado real de la minería presenta varias dificultades, siendo la más importante la pasivación de la superficie de las partículas sólidas durante el proceso, debido a la formación de especies interferentes, particularmente especies hidroxiladas de hierro, que la recubren e impiden el avance de la disolución. En particular, se analizaron los datos experimentales cinéticos de la lixiviación del concentrado de cobre con ion Fe3+ en medio clorurado mediante el modelo central reducido “Shrinking Core Model”, el cual permite establecer que habría un mecanismo cinético global de difusión a través de una capa de subproductos producidos en el proceso. Podemos establecer que, si efectivamente es posible disolver con cualquiera de estos medios oxidantes una fracción importante del cobre sulfurado presente en el sustrato estudiado, obteniéndose una solución de lixiviación (soluciones PLS) que puede seguir posteriormente siendo tratadas por otras etapas secuenciales hidrometalúrgicas, evitando así en parte su destino a operaciones pirometalúrgicas. Efectivamente, el estudio concluyó con pruebas experimentales iniciales de recuperación selectiva de los iones Cu(II) presentes en la solución PLS mediante la operación unitaria de extracción por solventes mediante reactivos extractantes del tipo β-hidroxioximas similares a las usadas en circuitos de lixiviación sulfatada, compuestos que operan mediante mecanismos de intercambio catiónico. La presencia en muchos casos de especies complejas cloruradas de cobre del tipo neutra o aniónicas en los PLS supone que previa a la extracción, estas especies sufrirían equilibrios del tipo anión/catión que las tornaría extractables. No obstante, se determinaron capacidades de extracción de cobre que promediaron 0,6 g Cu/1% v/v de extractante en solvente; valores usuales para el extractante estudiado cuando se emplea en medio sulfatado.

In this Thesis, different options are studied to provoke the dissolution of the sulfide copper contents from a flotation concentrate of a national mining company. In particular, three different leaching alternatives in an oxidizing medium were studied, all of them carried out at atmospheric pressure, at different temperatures and using reactors that operate with controlled mechanical agitation. The study contemplated the stages of chemical, physical and mineralogical characterization of the concentrate, the review of simple pretreatment stages, including those of washing the concentrate to eliminate organic residues of flotation reagents, drying it and a subsequent treatment with diluted solutions of H2SO4 to force the dissolution of its low contents of oxidized copper species and carbonate species. It was measured an average of soluble copper around 1,90 %. The concentrate thus prepared was subjected to the study of the leaching stage itself, according to the following alternatives based on the following oxidizing media: Leaching in chlorinated medium using the Fe(III)/Fe(II) redox ion pair; Leaching in sulfated medium using the Fe(III)/Fe(II) pair and assisted by iodide ion; Leaching in chlorinated medium using the Cu(II)/Cu(I) ion pair. In each of the indicated oxidant leaching media, the effect on the Cu(II) dissolution of the variables that affect the process was studied, including the concentration of the leaching media, the acidity of the medium, the process temperature, the relationship solid (concentrate)/liquid (leaching solution) in the reactor, the stirring speed and the process time. Of all of them, the most important variable turned out to be the process temperature, with the copper dissolution generally benefiting from the increase in this variable, at least up to a certain limit. In chlorinated systems utilizing Fe(III) and Cu(II), copper dissolution reached 70% at 90 °C, meanwhile a sulfated medium assisted by iodide ions achieved a leaching rate close to 55% at the same temperature. However, the copper leaching process from this actual mining concentrate presents several difficulties, the most important being the passivation of the surface of the solid particles during the process, due to the formation of interfering species, particularly hydroxylated iron species, which cover it and prevent the progress of the dissolution. In particular, the experimental kinetic data of the leaching of the copper concentrate with Fe3+ ion in a chlorinated medium were analyzed using the reduced central model ”Shrinking Core Model”, which allows us to establish that there would be a global kinetic mechanism of diffusion through the product layer produced in the process. We can establish that, if it is indeed possible to dissolve with any of these oxidizing media an important fraction of the sulfurized copper present in the studied substrate, obtaining a leaching solution (PLS) that can subsequently continue to be treated by other sequential hydrometallurgical stages, thus avoiding partly destined for pyrometallurgical operations. The three oxidizing media present advantages and some difficulties, which will have to be further studied in depth in a next stage. Indeed, the study concluded with initial experimental tests of selective recovery of the Cu(II) ions present in the PLS solution through the unit operation of solvent extraction using extracting reagents of the β-hydroxyoxime type similar to those used in sulfated leaching circuits, compounds that operate through cation exchange mechanisms. The presence in many cases of complex chlorinated copper species of the neutral or anionic type in the PLS means that prior to extraction, these species would undergo anion/cation type equilibria that would make them extractable.