Investigation of mechanism and kinetics of chalcopyrite concentrate oxidation process

Investigación del mecanismo y la cinética del proceso de oxidación del concentrado de calcopirita

El proceso de oxidación del concentrado de calcopirita ″Rudnik″ (Serbia) se investigó mediante mediciones DTA-TG en condiciones atmosféricas en el intervalo de temperaturas de 298 - 1173 K, así como mediante análisis XRD de los productos de oxidación a 723, 873 y 1173 K. A partir de los resultados obtenidos, se dio el mecanismo del proceso de oxidación del concentrado de calcopirita, contribuyendo a la comprensión de las sucesivas reacciones químicas que acompañan a la formación de productos intermedios. El estudio cinético del proceso investigado se realizó según los métodos de Kissinger y Ozawa, lo que permitió determinar los valores de energía de activación de las reacciones químicas que tienen lugar durante la oxidación del concentrado de calcopirita.

INTRODUCCIÓN

La tostación de la calcopirita, el mineral de cobre más explotado, representa un paso muy importante en la extracción de cobre durante el proceso tradicional de fundición-refinación, así como en los procesos avanzados de la metalurgia del cobre [1-2].

En consecuencia, se han realizado numerosas investigaciones para estudiar los parámetros de tostación oxidativa de la calcopirita, su mecanismo y las reacciones implicadas [1-16]. Estas referencias tratan de la oxidación del mineral de calcopirita puro y también del proceso de oxidación de concentrados de calcopirita. Aunque existen ligeras diferencias en la secuencia de cambios de fase que ocurren en el sistema Cu-Fe-S-O [1, 5, 6, 10], durante la calcinación de la calcopirita se producen las siguientes reacciones principales, tal y como se sugiere en [1]:

2CuFeS₂ + 7,5O₂ → 2CuSO₄ + Fe₂O₃ + 2SO₂ (1)

2CuFeS₂ → Cu₂S + 2FeS + S (2)

Meunier at al. [3] estudiaron el comportamiento de trozos de calcopirita en una corriente de aire a 573-1173 K. A la temperatura de 773 K se encontró una capa de bornita rodeada de Fe₂O₃ y CuSO₄. A 1073 K, se formó CuO y Fe₂O₃ con CuFe₂O₄. A partir de minerales sulfurados, también se informó de la formación de sulfato de cobre [4].El calentamiento en presencia de aire a 773-823 K transforma los sulfuros en sulfatos y óxidos a mayor temperatura, lo que fue confirmado por estudios microscópicos.

La complejidad del proceso de oxidación de la calcopirita hace que este tema siga siendo interesante, debido al número de reacciones que se producen simultáneamente y que con frecuencia se influyen mutuamente. Como contribución al mejor conocimiento de este proceso, en este trabajo se presentan el mecanismo y la cinética del proceso de oxidación del concentrado de calcopirita de la mina 'Rudnik' (Serbia), utilizando el análisis comparativo de los datos obtenidos por las mediciones DTA-TG y XRD de los productos de oxidación a temperaturas seleccionadas.