Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/8147
Title: Lixiviação de bornita, calcopirita e dos produtos da sulfidização desta última em meio híbrido sulfato-cloreto.
Authors: Veloso, Tácia Costa
metadata.dc.contributor.advisor: Leão, Versiane Albis
Keywords: Minérios de cobre
Bornita
Teoria cinética da matéria
Calcopirita
Lixiviação
Issue Date: 2016
metadata.dc.contributor.referee: Leão, Versiane Albis
Ciminelli, Virgínia Sampaio Teixeira
Dutra, Achilles Junqueira Bourdot
Gameiro, Danton Heleno
Silva, Carlos Antônio da
Citation: VELOSO, Tácia Costa. Lixiviação de bornita, calcopirita e dos produtos da sulfidização desta última em meio híbrido sulfato-cloreto. 2016. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.
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.
metadata.dc.description.abstracten: Despite extensive research in the last fifty years, chalcopyrite leaching still remains as important challenge to both industry and academy. The current thesis addressed chalcopyrite leaching through two different approaches: (i) leaching in mixed sulphate-chloride systems since chloride is a well know catalyst of its dissolution and also due to an increasing utilization of saline waters in both leaching and bioleaching of sulphide ores; (ii) chalcopyrite sulfurization by elemental sulphur to bornite and covellite, both presenting fast leaching kinetics. The investigation was concluded with a kinetics analysis of bornite leaching in chloride systems and a proposed mechanism for its leaching by cupric ions. Firstly, an extension of the SCM (particle size distribution) was successfully applied to the leaching of a chalcopyrite sample with a broad PSD (particle size distribution) in a mixed chloride-sulphate solution. Specifically, the effects of temperature (70 °C to 90 °C) and reagent (Fe3+, Cu2+ and Cl-) concentrations on the leaching kinetics were determined. The results showed that chalcopyrite leaching was faster with Cu2+ (larger rate constant) than with Fe3+, but the apparent activation energy was similar in both cases, with 66.6 kJ/mol for 0.5 mol/L of Cu2+ and 66.8 kJ/mol with 1.0 mol/L Fe3+. Subsequently, chalcopyrite sulfurization aiming to produce bornite and covelite was investigated. A copper concentrate was reacted with elemental sulfur in a tubular furnace at temperatures ranging from 300 °C to 450 °C, followed by atmospheric leaching in an Fe3+-bearing solution. The mineral phases in the sample were quantified using the Rietveld method, and it was shown that at temperatures below 400 °C chalcopyrite was converted to covellite (41%) and pyrite (34%), whereas at temperatures above such a value the reaction products were bornite (45%) and pyrite (31%). Leaching tests (6 h at 80 °C) showed significantly higher copper extraction rates after sulfurization (90%) than those using the raw chalcopyrite concentrate (15%). This thesis was concluded with bornite leaching experiments in mixed sulfate–chloride systems using cupric ions as an oxidant. The effects of particle size (37 μm–75 μm), copper sulfate concentration (0 mol/L– 0.5 mol/L), and temperature (30 °C–90 °C) on the bornite leaching rate were investigated. Temperature was found to be the main leaching parameter, resulting in leaching yields increasing from 11.3 % at 30 °C to 100 % at 90 °C (6h). Both particle size and oxidant concentration did not have any significant effect on mineral dissolution. In the absence of cupric ions, dissolution attained 68%; on the other hand, when the oxidant was applied, dissolution attained 83%. Because of the presence of subcrystallites and the appearance of cracks during leaching, the grain model was selected to determine leaching kinetics parameters. Bornite leaching by cupric ions has been shown to be chemically controlled with an apparent activation energy of 65.27 kJ/mol. In addition, microprobe analysis revealed the formation of Cu3FeS4 as an intermediary product, and based on this, a mechanism for the Cu2+ leaching of bornite was proposed.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/8147
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 08/06/2016 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
Appears in Collections:REDEMAT - Doutorado (Teses)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
TESE_LixiviaçãoBoenitaCalcoperita.pdf3,9 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons