Lixiviação de bornita, calcopirita e dos produtos da sulfidização desta última em meio híbrido sulfato-cloreto.

Abstract

Apesar das intensivas pesquisas realizadas nos últimos cinquentas anos, a lixiviação da calcopirita ainda é um desafio tanto do ponto de vista acadêmico quanto industrial. Na presente tese investigou-se a lixiviação da calcopirita de duas formas diferentes: (i) dissolução da calcopirita em meio contento sulfato e cloreto (este meio foi escolhido devido ao efeito catalítico dos íons cloretos na lixiviação e considerando o aumento da utilização de água salina em processos hidrometalúrgicos); (ii) sulfidização da calcopirita com enxofre elementar, convertendo-a em bornita e covelita, que são sulfetos de cobre que apresentam cinética de lixiviação mais favorável. A investigação foi concluída com uma análise cinética da lixiviação da bornita e um mecanismo para a dissolução desta fase com íons cúpricos foi proposto. Primeiramente, uma extensão do SCM (shrinking core model) que leva em consideração a PSD (particle size distribution) da amostra foi empregada para determinar os parâmetros cinéticos da lixiviação da calcopirita. Especificamente, os efeitos da temperatura (70 °C a 90 °C) e concentração dos reagentes Cl-, Fe3+ e Cu2+ na cinética de lixiviação foram avaliados. Os resultados mostraram que a calcopirita foi mais rapidamente lixiviada com íons Cu2+ (maior constante de velocidade) do que com íons férricos, porém os valores de energia de ativação aparente em ambos os sistemas de lixiviação foram semelhantes, ou seja, 66,6 kJ/mol com 0,5 mol/L de Cu2+ e 66,8 kJ/mol com 1,0 mol/L Fe3+. Subsequentemente, a sulfidização da calcopirita objetivando produzir bornita e covelita foi estudada. O concentrado de cobre foi reagido com enxofre elementar em um forno tubular e no intervalo de 300 °C a 450 °C, seguido de lixiviação atmosférica dos produtos de reação por Fe3+. As fases minerais foram quantificadas utilizando o método de Rietveld, e foi observado que a calcopirita foi convertida em covelita (41%) e pirita (34%), nos ensaios conduzidos em temperaturas abaixo de 400 oC. Quando a temperatura estava acima de 400 oC, os produtos de reação foram bornita (45%) e pirita (31%). Independentemente do sulfeto gerado, a extração de cobre foi consideravelmente maior quando comparada à extração de cobre a partir do concentrado calcopirítico inicial. Quando a bornita oriunda da transformação foi lixiviada (6h a 80°C), aumentos na extração de cobre da ordem de 70% foram observados. Além disso, esta apresentou um comportamento similar à de uma amostra de bornita natural. Esta tese foi conclúida com a investigação da lixiviação da bornita utilizando íons cúpricos como oxidante em um meio sulfato-cloreto. Os efeitos do tamanho de partícula (37 μm-75 μm), concentração íons cúpricos (0 mol/L-0,5 mol/L) e temperatura (30 °C-90 °C) na velocidade de lixiviação da bornita foram avaliados. O parâmetro que influenciou a dissolução da bornita de maneira mais significativa foi a temperatura, resultando em um aumento de 11,3% a 30°C para 100% a 90°C. Devido ao aparecimento das trincas e à presença dos subcristalitos durante a lixiviação, o modelo cinético utilizado para descrever a dissolução da bornita com íons cúpricos foi o modelo do grão. Os dados experimentais apresentaram um bom ajuste ao controle químico e energia de ativação aparente obtida foi de 65.27 kJ/mol. Os interiores dos grãos apresentaram a composição química do intermediário Cu3FeS4, determinada por microssonda eletrônica e em função deste intermediário um mecanismo para dissolução foi proposto.