Formación de especies químicas con propiedades magnéticas sobre la superficie de pirita a escala de laboratorio en condiciones que emulan a las de una concentradora

Abstract

En el contexto minero actual, con escasez de recursos hídricos, leyes a la baja y exigencias ambientales crecientes, se hace primordial un uso más eficiente de los recursos e insumos críticos, cuya situación de abastecimiento es crucial para la industria minera nacional en el mediano y largo plazo. Esta memoria se enmarca en el desarrollo de un proyecto FONDEF IDeA cual tiene por objetivo el desarrollo de una nueva tecnología de celda de flotación que permitiría obtener eficiencias consistentes con aquellas comúnmente alcanzadas utilizando celdas y circuitos de flotación convencionales reduciendo del consumo de agua. Este trabajo se focaliza en identificar las condiciones óptimas para la formación de óxidos de hierro con propiedades magnéticas, sobre la superficie de minerales sulfurados, aumentando de esta forma su separabilidad en las condiciones operacionales de esta nueva tecnología. Se concluye que la oxidación acuosa de la pirita en ambiente reductor, fuertemente alcalino y en condiciones de laboratorio, produce estructuras superficiales metaestables que responden favorablemente a los campos magnéticos externos. Esto se respalda mediante los datos obtenidos a través de las pruebas de magnetización, mediante el uso de un imán permanente de neodimio, y las curvas de magnetización utilizando un magnetómetro de muestra vibrante (VSM). En el diagrama de Pourbaix construido a partir de los datos termodinámicos se puede observar que el rango de pH en el cual es posible la formación de magnetita se ubica entre 8 y 14, cinéticamente favorecida si este valor se desplaza al rango más alcalino. El ambiente favorable, en términos de potencial, se encuentra entre -0,2 y -1 V. Los estudios de voltametría cíclica sobre el electrodo de pirita muestran que las reacciones probables corresponden a la formación de óxidos o bien oxi-hidróxidos de hierro sobre de la superficie oxidada de la pirita. La composición superficial de las muestras de pirita, mediante SEM y EDS, confirman presencia la presencia de óxidos de hierro. Las pruebas de magnetización y las curvas de magnetización muestran que, al aplicar un campo externo, la muestra de pirita natural luego de ser sometida a las condiciones de Eh y pH ya señaladas exacerba su respuesta al campo aumentando la susceptibilidad magnética aparente de la muestra de 0,125 a 0,251*10^(-7). Se concluye que los óxidos superficiales corresponden a magnetita, o bien, a otras estructuras magnéticas. Las reacciones propuestas para la formación de magnetita a partir de pirita son las siguientes: FeS_2+11H_2 O↔Fe〖(OH)〗_3+2SO_4^(2-)+19H^++15e (Peters y Majima, 1968) Fe〖(OH)〗_3+e↔Fe〖(OH)〗_2+〖OH〗^- (Tao et al., 1994) 6Fe〖(OH)〗_2+O_2→2〖Fe〗_3 O_4+6H_2 O (Wu et al., 2016)

In the current mining context, with scarce of water resources, declining ore grades and growing environmental demands, a more efficient use of resources and critical inputs is essential, whose supply situation is crucial for the national mining industry in the medium and long term. This report is part of the development of a FONDEF IDeA project which aims to develop a new flotation cell technology that would allow obtaining efficiencies consistent with those commonly achieved using conventional float cells and circuits, reducing water consumption. This work focuses on the evaluation of the response of pyrite, to the application of magnetic fields when the mineral phases are not in motion, but evolving chemically in oxidant / reducing environments. Specifically, it seeks to identify the conditions for the formation of oxides with magnetic properties, on the surface of sulphided minerals, thus increasing their separability in the operational conditions of this new technology. Emphasis is placed on the formation of magnetite, a mineral with recognized magnetic properties. It is concluded that the aqueous oxidation of pyrite in a reducing and strongly alkaline environment, under laboratory conditions, produces metastable surface structures that respond favorably to external magnetic fields. This is supported by the data obtained through magnetization tests, using a permanent neodymium magnet, and magnetization curves using a vibrating sample magnetometer (VSM). In the Pourbaix diagram constructed from the thermodynamic data it can be seen that the range of pH in which the magnetite formation is possible is between 8 and 14. The favorable environment, in terms of potential, is between −0,2 and −1 𝑉 𝑣𝑠 𝑆𝐻𝐸. The studies of cyclic voltammetry on the pyrite electrode show that the probable reactions correspond to the formation of oxides or iron oxy-hydroxides on the oxidized surface of pyrite. The surface composition of the pyrite samples, through SEM and EDS analysis, confirm the presence of iron oxides. The magnetization tests and the magnetization curves show that the natural pyrite sample after being exposed to the Eh and pH conditions already mentioned, when applying an external field exacerbates its response, thus increasing the aparent magnetic susceptibility of the sample from 0,125 to 0,251 ∗ 10−7 (𝑒𝑚𝑢⁄𝑔). It is concluded that the surface oxides correspond to magnetite, or to other magnetic structures. The proposed reactions for the formation of magnetite from pyrite are the following: • 𝐹𝑒𝑆2 + 11𝐻2𝑂 ↔ 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 2𝑆𝑂4 2− + 19𝐻 + + 15𝑒 (Peters y Majima, 1968) • 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 𝑒 ↔ 𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 𝑂𝐻− (Tao et al., 1994) • 6𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 𝑂2 → 2𝐹𝑒3𝑂4 + 6𝐻2𝑂 (Wu et al., 2016)