PRETRATAMIENTO CON NACI-H2SO4 Y LIXIVIACIÓN DE UN CONCENTRADO DE COBRE EN MEDIO CLORURO SULFATO

Abstract

Las estrictas y cada vez más exigentes regulaciones ambientales en la industria minera del cobre, conducen a la búsqueda de nuevas alternativas para el tratamiento de minerales y concentrados de cobre como los basados en calcopirita. Los concentrados calcopiríticos, son procesados por la llamada vía pirometalúrgica (fusión, conversión y refinación), lo cual se asocia a variados problemas medioambientales de emisiones de SO2 y abatimiento de As, entre otros. El comportamiento de los concentrados calcopiríticos frente a los procesos hidrometalúrgicos sigue siendo incierto, por lo que lograr el tratamiento de estos, a través de medios diferentes a los tradicionales procesos pirometalúrgicos, presenta un gran desafío para la industria en la presente y próxima década.Considerando lo anterior, se definió como objetivo principal de la presente tesis, estudiar el mecanismo cinético de disolución de un concentrado de cobre calcopirítico pre-tratado con NaCl-H2SO4, en un medio cloruro-sulfato.El pretratamiento de un concentrado calcopirítico de cobre con una ley de 23.7% de Cu, se realiza mediante la dosificación de cloruro de sodio sólido (0, 7 y 15 kgNaCl/tonconc), de ácido sulfúrico concentrado respecto a su consumo estándar (30, 70 y 100%) y 100% de la humedad de impregnación. La mezcla sólida y humectada se deja reposar por 15 y 30 días. El concentrado pretratado se sometió a una lixiviación agitada bajo condiciones de pH 1.5, 25% de sólidos, 250 rpm, 120h, concentración de cloruro de 0, 40 y 70 g/L y temperaturas de 20, 50 y 70°C.La máxima disolución del concentrado pretratado, se logró para un pretratamiento con adición de 15 kg NaCl/tonconc., 100% de H2SO4esteq., 100% humedadimpregnación, tiempo de reposo 30 días, lixiviación realizada utilizando agente lixiviante con 70 g/L ión cloruro en medio sulfato a 20 °C, alcanzándose una extracción de 47.39%. La concentración de cobre y hierro en la lixiviación fue de 38 y 5 g/L, respectivamente. En tanto, el consumo de ácido fue reducido en un 25% realizando esta lixiviación.La cinética de disolución del concentrado calcopirítico se ajustó al modelo de núcleo sin reaccionar (NSR). La energía de activación calculada fue de 36 kJ/mol, característico de una cinética de reacción controlada por difusión en la capa reaccionada.El pretratamiento realizado al concentrado de cobre, mejora significativamente la extracción de cobre debido a la solubilidad de los productos de reacción formados. El aumento de la concentración de ión cloruro tanto en el pretratamiento como en la solución lixiviante, mejora levemente la extracción de cobre, sin embargo, el aumento de este ión produce una significativa disminución del consumo de ácido durante la lixiviación.The more strict and severe environmental regulations in the copper mining industry lead to search new alternatives for the treatment of primary copper sulfide minerals and concentrates such as those of Chalcopyrite. Chalcopyrite concentrates are commonly processed by the so called pyrometallurgical route (smelters followed by refineries), causing several environmental issues, associated to SO2 emissions and As confinement, among others. The behavior of Chalcopyrite concentrates in relation to the hydrometallurgical processes remains uncertain, this is why the treatment of copper concentrates, through means different from the traditional pyrometallurgical processes, presents a great challenge in the near future for this industry.Considering the above, the main objective of this thesis was to study the kinetic mechanism of dissolution of a Chalcopyrite copper concentrate pretreated with NaCl-H2SO4, in a chloride-sulfate medium.The pretreatment of a Chalcopyrite copper concentrate with a 23.7% Cu is carried out by the dosage of solid sodium chloride (0, 7 and 15 kgNaCl /tonconc), of concentrate sulfuric acid with respect to its consumption standard (30, 70 and 100%) and 100% of the impregnation humidity. This moistened solid rested for 15 and 30 days. Subsequently, the pretreated concentrate was subjected to a stirred leaching under conditions of pH 1.5, 25% solids, 250 rpm, 120h, chloride ion concentration of 0, 40 and 70 g/L) and temperatures of 20, 50 and 70 °C.The best conditions for the chemical pre-treatment was 15 kgNaCl/tonconc., 100% de H2SO4, and repose time of 30 days followed by a leaching at 20 °C, chloride ion concentration of 70 g/L, which leads to an extraction of copper of around 47%. The copper and iron content in final leaching solutions were 38 and 5 g/L. The consumption of sulfuric acid was reduced in 25% by using this type of leaching.The kinetics of copper dissolution was analyzed by using the shrinking core model; the experimental results suggest a control governed by diffusion of ions through the reaction product layer, which was accompanied by an activation energy of 36 kJ/mol.The pretreatment made to the copper concentrate improves the extraction of copper by modifying the solubility of the products formed. Increasing the chloride concentration in both the pretreatment and the leaching solution slightly improve the copper extraction, however, the increase of this ion significantly decrease the acid consumption during the leaching.