Estudio del mecanismo de reacción de la lixiviación reductiva electro-asistida de calcopirita Pubblico Deposited
La lixiviación reductiva electro-asistida de la calcopirita es un proceso novedoso, el cual consiste en reducir el mineral refractario calcopirita a fases de cobre como la Cu2S, mediante el hidrógeno monoatómico producido electroliticamente en el cátodo de una celda sin membrana aniónica de separación, en soluciones acuosas de ácido sulfúrico a condiciones ambientales. Sin embargo, aún existe controversia en la naturaleza del mecanismo de reducción, principalmente en tres aspectos; (1) el sitio de la reacción de reducción, (2) la identidad del principal agente reductor (transferencia electrónica directa ó hidrógeno monoatómico) y (3) las reacciones químicas que ocurren en la partícula mineral. Para determinar el lugar de la reacción de reducción y la identidad del agente reductor, se emplearon cátodos de diferentes materiales (aluminio, cobre y carbón vítreo), variando la acidez y la temperatura de la solución en una celda electrolítica, con y sin membrana aniónica de separación para las lixiviaciones, así como electrodos de pasta de carbón con concentrado de calcopirita ó calcopirita y calcocita puras para caracterizar los productos en los residuos sólidos. Los electrodos de pasta carbón con calcopirita colocados en varias posiciones del reactor, mostraron que la calcopirita se reduce solamente cuando está en contacto fisico con el cátodo. El análisis de; las pendientes Tafel y los coeficientes de transferencia de carga de las curvas de polarización catódica con estos materiales, las velocidades de reducción de calcopirita en las lixiviaciones y la respuesta de la corriente vs tiempo para las lixiviaciones en régimen potenciostático; mostraron que el principal agente reductor en este proceso es el hidrógeno monoatómico que se genera en la superficie del cátodo. Se soportaron los resultados anteriores con un análisis termodinámico de los intermediarios participantes en la reacción. Además, se encontró que el aluminio es el material más eficiente para producir hidrógeno monoatómico, seguido por el cobre y el carbón vítreo. Para conocer las reacciones químicas que ocurren en la partícula mineral, se caracterizaron, mediante la técnica de voltamperometría cíclica con electrodos de pasta de carbón y por Rayos-X, los residuos de las lixiviaciones con cada uno los materiales catódicos a distintos tiempos de reacción y condiciones de la solución. Se encontró que la reducción de calcopirita ocurre por etapas consecutivas hasta producir cobre metálico, siendo éste último susceptible a la oxidación con el aire generando cuprita.
The electro-assisted reductive leaching of chalcopyrite is a novel process, in which the chalcopyrite is reduced to a less refractory copper phase (chalcocite) Cu2S, by the rnonoatornic hydrogen produced on the cathode of an undivided electrolytic cell, in sulfuric acid solutions at room temperature. However, there is still controversy regarding three irnportant issues relati ve to the nature of the reduction rnechanism; (1) the site where chalcopyrite reduction takes place, {2) the identity of the principal reducing agent (direct electronic transfer or monoatornic hydrogen) and (3) deterrnination of the chemical reactions occurring in the mineral particle. To discover where the reduction leaching of chalcopyrite occurs and the identity of the principal reducing agent, cathodes of different materiales were employed (alurninum, copper and vitreous carbon) to carry out reductive leaching, varying the acidity and temperature of the solution, in both divided and undivided electrolytic cells, as well as cyclic voltarnrnetries using carbon paste electrodes with chalcopyrite concentrate, or pure chalcopyrite and chalcocite for characterizing the copper products in the salid residues. Toe carbon paste electrodes with chalcopyrite placed as sensors in the different positions of the reactor showed that the chalcopyrite is only reduced when it had physical contact with the cathode. Toe analysis of the Tafel slopes and the charge transfer coefficients from the cathode polarization curves, of the velocity of the reductive leaching of chalcopyrite and of the response of the current vs time for the reductive leachings at potentiostatic regime; ali revealed that the principal reducing agent in this process is the monoatornic hydrogen which is generated on the cathode surface. This result was also supported by a thermodynamic analysis ofthe participating reaction intermediates Alurninurn was also found to be the most efficient cathode material for producing the monoatomic hydrogen, followed by the copper and the vitreous carbon. In arder to determine the chernical reactions occurring in the mineral particle, salid residues of the electro-assisted reductive leachings, with all of the cathode materials at different reaction times and solution conditions, were characterized by cyclic voltarnrnetry on the carbon paste electrodes and by X-Ray diffraction techniques. It was found that the reduction of chalcopyrite occurs by consecutive steps, eventually producing metallic copper. This last product is very sensitive to oxidation with air, producing cuprite.
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