Post on 14-Dec-2015
Cervantes Quitzé / González Sandra Hidrometalurgia. Grupo 01, lunes. Entrega: 15-octubre
Informe práctica. Lixiviación ácida de un mineral oxidado y de un concentrado de cobre.
Objetivos:
Observar y entender, con un experimento sencillo de laboratorio la lixiviación e Hidrometalurgia de minerales.
Calificar los efectos de las variables controladas en la experimentación.
Determinar las variables que optimizan la lixiviación del mineral de cobre.
Conocer las diferentes etapas de un proceso de lixiviación y proponer un modelo para la disolución de la calcopirita.
Estudiar y observar el efecto de la acidez en la lixiviación.
Estudiar el efecto de la temperatura sobre la lixiviación de un concentrado de calcopirita
Determinar la etapa limitante de la reacción de disolución y calcular el valor de la energía de activación Ea.
Resultados:
Se experimentó modificando las variables de acuerdo a la siguiente tabla.
Tabla 1. Variables modificadas durante el experimento de lixiviación del mineral calcopirita.
Equipo Corrida 1 Corrida 2 Corrida 31 50 g/L H2SO4
T ambienteagitación 4pan =-325
50 g/L H2SO4T 50°Cagitación 4pan
0.1HClT ambienteAgitación 4Pan
2 25 g/L H2SO4T ambienteagitación 4pan
50 g/L H2SO4T ambienteagitación 7 u 8pan
0.1 HCl + 0.03 FeCl3T ambienteAgitación 4Pan
3 50g/L H2SO4T ambienteagitación 4tamaño de partícula -50 + 70
50 g/L H2SO4T ambienteagitación al airepan
0.1 HCl + 0.1 FeCl3T ambienteAgitación 4Pan
Los resultados obtenidos en concentración se muestran en las siguientes tablas de acuerdo al equipo.
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Tabla 2. Concentraciones obtenidas, en ppm para Cu.
Equipo 1tiempo (min) / [C] (ppm) C1 C2 C3
0 1.1 5.7 1
1 42 89 31
3 79 90 625 74 89 677 101 112 91
10 99 108 7015 91 124 6330 67 107 6345 112 153 107
Tabla 3. Concentraciones obtenidas, en ppm para Cu.
Equipo 2tiempo (min) / [C] (ppm) C1 C2 C3
0 11 63 221 16 96 61
326
114 62
5 35 93 787 78 98 82
10 107 88 9915 123 80 10030 134 98 91
45133
107 103
Tabla 4. Concentraciones obtenidas en ppm para Cu.
Equipo 3
tiempo (min) / [C] (ppm) C1 C2 C30 0 0 01 35 67 373 66 49 595 64 74 647 73 64 71
10 67 73 7915 67 85 8030 79 83 9645 53 75 93
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Gráfico 1. Influencia del tamaño de partícula en la concentración obtenida de Fe.
Gráfico 2. Influencia del tamaño de partícula en la concentración obtenida de Cu.
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
f(x) = 4.36692644948499 ln(x) + 85.1495722774404R² = 0.188281638922143
f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Agitación magnética
4Logarithmic (4)8Logarithmic (8)
t (minutos)
[C] (
ppm
)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
f(x) = 17.4268169668659 ln(x) + 30.3384616659185R² = 0.702693169485266
f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Tamaño de partícula
-325Logarithmic (-325)-50 +70Logarithmic (-50 +70)
tiempo (minutos)
[C] (
ppm
)
Gráfico 3. Influencia del ácido usado en la concentración obtenida de Cu.
Gráfico 4. Influencia de la Temperatura usada en la concentración obtenida de Cu.
Gráfico 5. Influencia de la concentración del ácido usado en la concentración obtenida de Cu.
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
f(x) = 17.4268169668659 ln(x) + 30.3384616659185R² = 0.702693169485266
f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Ácidos: H2SO4 / HCl
sulfúricoLogarithmic (sulfúrico)clorhídricoLogarithmic (clorhídrico)
tiempo (minutos)
[C] (
ppm
)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
f(x) = 23.1477305550833 ln(x) + 55.9095255656536R² = 0.738577722432362
f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Variación Temperatura
25 °CLogarithmic (25 °C)50 °CLogarithmic (50 °C)
t (minutos)
[C] (
ppm
)
Gráfico 6. Influencia del método de agitación en la concentración obtenida de Cu.
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
140
160
f(x) = 32.7442776520601 ln(x) + 14.8022484062593R² = 0.871446310208599
f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Influencia de [H2SO4]
50 g/LLogarithmic (50 g/L)Logarithmic (50 g/L)25 g/LLogarithmic (25 g/L)
t (minutos)
[C] (
ppm
)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
f(x) = 13.5150650531662 ln(x) + 39.0372883706149R² = 0.594491565998374
f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Agitación
MagnéticaLogarithmic (Magnética)Al aireLogarithmic (Al aire)
t (minutos)
[C] (
ppm
)
Gráfico 7. Influencia de la adición de FeCl3 en la concentración obtenida de Cu.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
20
40
60
80
100
120
f(x) = 19.4758417695545 ln(x) + 29.3215945471384R² = 0.925386756082026
f(x) = 16.0429515375153 ln(x) + 48.7151267187835R² = 0.840120752074345f(x) = 18.8327029209847 ln(x) + 40.1555436286173R² = 0.659838992151615
Adición HCl + FeCl3
Sin FeCl3Logarithmic (Sin FeCl3)0.1 HCl + 0.03 FeCl3Logarithmic (0.1 HCl + 0.03 FeCl3)0.1 HCl + 0.1 FeCl3
tempo (minutos)
[C]
(ppm
)
Equipo 1Corrida i
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
f(x) = 0.000100081576000761 x + 0.0525321397929467R² = 0.116566455143676
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(
1-∞
)1/3
]
Página 6 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
f(x) = 0.00763892496891289 x − 4.37716865613822R² = 0.117456101547048
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
Corrida ii
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
f(x) = 0.000726591800367391 x + 0.0619424061977851R² = 0.421923217526471
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(
1-∞
)1/3
]
Corrida iii
Página 7 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
f(x) = 0.0212549092355008 x − 3.56491658110456R² = 0.308868682945792
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1-
2/3
∞)-
(1-∞
)2/3
]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
f(x) = − 0.000297409494477432 x + 0.0483672148117275R² = 0.523836342378484
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(
1-∞
)1/3
]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
f(x) = − 0.0352710773545657 x − 4.76514047092789R² = 0.569818828448856
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
Equipo 2
Corrida i
Página 8 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
f(x) = 0.000463373369915011 x + 0.0360070650780309R² = 0.581858046298498
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(
1-∞
)1/3
]
Corrida ii
Página 9 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
f(x) = 0.058554383097652 x − 6.44105090770856R² = 0.456362564751631
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
f(x) = 0.00144950996809622 x + 0.0678885252928525R² = 0.362645746353306
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(1
-∞)1
/3]
Corrida iii
Página 10 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
f(x) = 0.0520738754420309 x − 3.72115870548502R² = 0.488223230743039
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
f(x) = − 0.000275064449867854 x + 0.143296898697668R² = 0.0155574688992041
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(1
-∞)1
/3]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
f(x) = − 0.00780159252855554 x − 1.57412376097551R² = 0.042335192233106
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
Equipo 3
Corrida i
Página 11 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
f(x) = 0.00264502287068374 x + 0.0991435104290766R² = 0.640527581164815
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(1
-∞)1
/3]
Corrida ii
Página 12 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0f(x) = 0.0655197576316429 x − 3.15885363128784R² = 0.263396084501107
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6f(x) = 0.00783181126242706 x + 0.234322018424835R² = 0.656635511828667
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(1
-∞)1
/3]
Corrida iii
Página 13 de 16
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2f(x) = 0.0268364904490617 x − 0.896957374927873R² = 0.580713374424759
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
f(x) = 0.000604677646597061 x + 0.0402502007344228R² = 0.86802224881601
Modelo químico
Modelo químicoLinear (Modelo químico)
Tiempo (min)
[1-(
1-∞
)1/3
]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
f(x) = 0.0484848809094321 x − 5.49761385868454R² = 0.85302778747603
Modelo difusivo
Modelo difusivoLinear (Modelo difusivo)
Tiempo (min)
[(1- 2
/3∞
)-(1-
∞)2
/3]
Tabla 5. Datos necesarios para determinar la energía de activación de la reacción.
Equipo 1 Equipo 3
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Corrida I -325 mallas50 g/L T ambiente
-325 mallas50 g/L T= 50oC
Modelo Químico QuímicoK 0.0001 0.0026
T (K) 298.15 333.15ln K -9.21034 -5.95221/T 3.354X10-3 3.002X10-3
Reacción de la calcopirita con el ácido sulfúrico
CuFeS2+Fe2 ¿¿
Gráfico 8. Representación gráfica que permite conocer la energía de activación de la reacción.
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
f(x) = 3.25814 x − 12.46848R² = 1
ln k vs 1/T
ln k vs 1/TLinear (ln k vs 1/T)
1/T
lnK
Energía de activación: m = Energíadeactivación
R
Ea=m∗R=3.2581∗8.314
Ea=27.087
Análisis de resultados
De acuerdo con el gráfico 1 es posible definir que se mejora el proceso con una menor cantidad de agitación, se tiene en el nivel de agitación 4 una condición aceptable para el proceso de lixiviación.
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Según el gráfico 2 se observa que al disminuir el tamaño de partícula se aumenta la velocidad del proceso de lixiviación, ya que la superficie de contacto entre el metal y el medio lixiviante es mayor.
Al incrementar la temperatura se ve favorecido el proceso, cuando una sustancia es calentada sus partículas ganan mayor energía cinética y colisionan con mayor frecuencia, gracias al aumento de la velocidad de la reacción.
La diferencia en las concentraciones del ácido sulfúrico, mostradas en el gráfico 5, al aumentar la concentración del ácido se optimiza el proceso debido a la presencia de protones ácidos, provocando que la acidez del medio lixiviante aumente.
Al usar otro ácido y agregar un oxidante se observa una tendencia diferente de la esperada, pues se define que la cantidad del oxidante adicionada debería mejorar el contenido de cobre obtenido, de acuerdo con los resultados, se obtiene una mayor cantidad de hierro a mayor cantidad de FeCl3, de lo cual no podemos definir algo, pues si se agrega “A” a una disolución de “AB”, se obtendrá como resultado un aumento de A. De tal forma definimos que las reacciones heterogéneas son más lentas, pues se necesita transporte de masa (difusión) en una sola fase. La lixiviación de calcopirita con cloruro férrico produce una reacción reversible, requiere parámetros definidos par evitar que la reacción no sea favorecida en el sentido de los productos.
De acuerdo con la experimentación realizada y los registros obtenidos se determina un a energía de activación con valor de 27 kJ/mol, por lo tanto a una mayor temperatura se determina una etapa limitante de control químico.
Conclusiones
El proceso de lixiviación se optimiza según los datos de la práctica al:
Aumentar la T.
Disminuir el tamaño de partícula del mineral.
Mantener una agitación media.
Mayor concentración del ácido definido.
La energía de activación define la etapa limitante de la reacción, se presenta control químico.
Bibliografía:
F. R Morral. Metalurgia general, tomo 1. Ed: Reverte S. A. Barcelona 1990.
Gilchrist, J. D., Extractive Metallurgy, 3th edition, Butterworth-Heinemann, 1989.
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