INVESTIGACIÓN DEL MECANISMO Y CINÉTICA DEL PROCESO DEL

8/2/2019 INVESTIGACIN DEL MECANISMO Y CINTICA DEL PROCESO DEL

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INVESTIGACIN DEL MECANISMO YCINTICA DEL PROCESO DELCONCENTRADO DE LA OXIDACIN

DE LA CALCOPIRITA

Oscar Leonardo Sanabria .. 2090615Johan Steve Estvez ... 2090613


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INTRODUCCIN

El proceso de oxidacin del concentrado decalcopirita fue generado por mediciones de DTA-TGbajo rangos de temperatura de 298-1173 [K], ascomo por anlisis de Difraccin de Rayos X (XRD)

de los productos de oxidacin a 723, 873 y 1173[K]. A partir de los resultados obtenidos, fue dado elmecanismo del proceso del concentrado de laoxidacin de la calcopirita. El estudio cintico del

proceso investigado se realizo de acuerdo a losmtodos Kissinger y Ozawa (determinar valores enla energa de activacin).


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En consecuencia, han sido investigadas numerosasbsquedas, con el fin de estudiar los parmetros detostacin del oxidante de calcopirita, su mecanismo y las

reacciones involucradas . Estas referencias frente a laoxidacin del mineral de calcopirita pura y con el procesode concentrado de oxidacin de calcopirita. Aunque hayligeras diferencias en la secuencia de los cambios de

fase se producen en un sistema Cu-Fe-S-O; siguiendolas principales reacciones procedentes durante latostacin de la calcopirita como se sugiere en:


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CALCOPIRITA

La calcopirita es la mena

de cobre ms ampliamentedistribuida.

Qumicamente es undisulfuro de hierro y cobre

CuFeS2
http://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobre


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ANALISIS TRMICO DIFERENCIAL [DTA]

Se mide la diferencia detemperatura entre la muestra y

un material de referencia

(trmica, fsica y qumicamenteinerte) en funcin del tiempo ode la temperatura cuando dicha

muestra se somete a unprograma de temperatura en

una atmsfera controlada.


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ANLISIS TERMOGRAVIMTRICO [TG]

Medida de la variacin dela masa de una muestracuando es sometida a un

programa de

temperatura en unaatmsfera controlada. Lavariacin de masa puedeser una prdida de masa

o una ganancia de masa.


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ANALIZADOR TERMOGRAVIMTRICO CONTERMOANLISIS DIFERENCIAL [DTA-TG]

Permite medicionessimultneas de anlisis

trmico diferencial (DTA) ytermogravimtricas (TG),

ahorrando tiempo deanlisis y de preparacin

de muestras.


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DIFRACCIN DE RAYOS X (XRD)

Es uno de los fenmenos fsicos que seproducen al interaccionar un haz de rayos X,de una determinada longitud de onda, con unasustancia cristalina.

Qu informacin nos proporcionan laXRD?
http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_xhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_xhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_xhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_x


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TOSTACIN DE SULFUROS

TOSTACIN

Es la oxidacin de los sulfuros metlicos paraproducir xidos metlicos y bixido de azufre.

MS + 3/2 O2 MO + SO2


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MENAS TPICAS QUE SE TUESTAN

SULFUROS

COBRE

ZINCPLOMO


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DIAGRAMA DE KELLOGG

Los diagramas de estabilidad de los sistemas M O S, llamados tambin diagramas de

predominancia de reas, muestra zonas o reas

definidas, dentro de las cuales es predominante,es decir estable, cierta especie, en funcin depresiones parciales y temperatura.


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EXPERIMENTAL

El concentrado de calcopirita de la mina Rudnik (Serbia)utilizado en el experimento

La participacin de los principales minerales en el concentrado


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Las mediciones del DTA y TG se llevaron a cabo utilizandoun analizador trmico NETZSCH STA 409 EP. Se utilizaronmuestras de 100 [mg] de calcopirita y se llevaron a cabo

grabaciones en atmosfera de aire, a velocidades decalentamiento a razn de 2, 5, 10, 15 y 20 [o/min], durante elintervalo de temperatura de 298 a 1173 [K].

El anlisis de rayos X se realizo para determinar lacomposicin de la fase de los productos intermediosformados durante la oxidacin de la calcopirita. Se utilizo undifractmetro de rayos X PHILIPS, modelo PW-1710,

(=1.54178 ). Los patrones de difraccin se registraron enintervalos de 0.02, de tiempo de muestreo de 0.25 [s] y enun rango de 40 700 2.


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REACCIONES OCURRIDAS EN LATOSTACION DE LA CALCOPIRITA

2CuFeS2 + 7.5O2 2CuSO4 + Fe2O3 + 2SO2 (1)2CuFeS2 Cu2S + 2FeS + S (2)

2CuFeS2 + O2 (g) Cu2S + 2FeS + SO2 (g) (3)

2CuFeS2 + O2 (g) Cu2S + 2FeS + SO2 (g) (4.1)

2FeS2 + 2O2 (g) FeS + 2SO2 (g) (4.2)

FeS + 2O2 (g) FeSO4 (g) (5.1)

Cu2S + SO2 (g) + 3O2 (g) 2CuSO4 (5.2)

2Cu2S + 5O2 (g) 2CuO.CuSO4 (5.3)

2FeSO4 Fe2O3 + SO2 (g) + SO3 (g) (6)

CuSO4 CuO + SO3 (g) (7)

CuO.CuSO4

2CuO + SO3

(g) (8)

DTA

TG

KELLOG

OZAWA

XRD

TABLAEa

KISSINGER

PICOS Tm


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CURVA DTA CALCOPIRITA

CURVA DTA DEL LA CONCENTRACION-OXIDACION DE LA CALCOPIRITA ADIFERENTES VELOCIDADES DE CALENTAMIENTO.

RXS


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CURVA TG CALCOPIRITA

CURVA TG DE LA CONCENTRACION-OXIDACION DE LA CALCOPIRITA A

DIFERENTES VELOCIDADES DE CALENTAMIENTO.

RXS


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RXS


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DIAGRAMA DE KELLOG

DIAGRAMA DE KELLOG PARA LOS SISTEMAS DE Cu-S-O (a) y Fe-S-O (b) A

LAS TEMPERATURAS TPICAS DEL PROCESO DE TOSTACIN OXIDACIN 723, 873 Y 1273 [K]

RXS


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Las reas predominantes, en funcin de presiones y

temperatura, darn pautas para determinar si elproceso conveniente ser una tostacin: sulfatante,

oxidante, tostacin reduccin, etc., o una reduccindirecta, o reduccin previa oxidacin de sulfuros, o

tostacin seguida de lixiviacin, etc.

Las lneas muestran los equilibrios bivariantes y lospuntos muestran equilibrios univariantes (equilibrios

entre tres fases).

DIAGRAMA DE KELLOG


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PICOS DE TEMPERATURA MXIMA

Dependencia de Tmsobre la velocidad de calentamiento para los procesos (5)-

(8) ocurridos durante la oxidacin del concentrado de calcopirita.

RXS


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Segn el mtodo de Kissinger , el clculo de la energa deactivacin, a diferentes velocidades de calentamiento,

puede expresarse como:

donde: R: Cte. universal de los gases, 8.314 [J/Kmol]. : Velocidad de calentamiento [0/min].

Tp: es la temperatura mxima absoluta en la curva de DTA [K] Ea: Energa de activacin del proceso [kJ/mol]. B= constante de integracin.

RXS


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Con esta expresin se puede calcular el valor de la energa deactivacin al graficar ln(/Tp2) vs. 1/Tp, donde la pendientede la recta obtenida tendr un valor de Ea/R, pudindose

despejar el valor de la energa de activacin

RXS


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METODO DE OZAWA

CORRELACIN LINEAL ENTRE Ln Y 1/TmPARA LOS PROCESOS (5)-(8) OCURRIDOSDURANTE LA OXIDACIN DEL CONCENTRADO DE CALCOPIRITA.

Ln = C2Ea / RTm

RXS


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RESULTADOS

Valores de Ea determinados por los mtodos deKissinger y Ozawa para los procesos (1)-(4)

PROCESO

Ea [kJ/mol]

METODO KISSINGER METODO OZAWA1 272 2822 243 2543 222 2354 227 241

RXS


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CONCLUSIONES La comparacin de los anlisis de DTA y TG de la oxidacin

del concentrado de calcopirita en aire se produce a travs deun nmero de reacciones acompaado por la formacin deproductos intermedios.

El XRD de la oxidacin de los productos muestra que laoxidacin del concentrado de calcopirita conduce a laobtencin de Fe2O3 y CuO como los productos finales a 1173[K].

Las curvas de DTA registradas en diferentes velocidades decalentamiento muestra los picos exotrmicos a temperaturassuperiores a 823 [K], que representan la disociacin de lossulfatos formados previamente.


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Las temperaturas mximas de los picos fueron tomadas

para el clculo de la cintica que se realizo mediante losmtodos de Kissinger y Ozawa.

Los valores relativamente altos de la energa de activacin

indican que el proceso de oxidacin del concentrado decalcopirita se produce en la zona cintica.

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