Estudio electroquímico de los mecanismos de flotación selectiva de sulfosales de cobre en medio alcalino

Abstract

Establecer el papel que juegan diferentes agentes oxidantes en los mecanismos de oxidación involucrados en el proceso de flotación selectiva para la separación de sulfosales de cobre, de sulfuros de cobre, es fundamental para el desarrollo de procesos a nivel industrial. Así entonces, este trabajo de tesis, parte de la premisa de que la eficiencia de separación en el proceso de flotación es afectada no solo por el potencial usado, sino por los productos que se forman en la superficie mineral, los cuales dependen del agente oxidante seleccionado. Por lo que, se realizó un estudio electroquímico de la oxidación superficial de minerales como la enargita (Cu3AsS4), sulfosal de cobre más abundante a nivel mundial, y calcopirita (CuFeS2) principal sulfuro de cobre, bajo condiciones de flotación alcalina. El estudio involucró medidas de potencial y técnicas electroquímicas como voltamperometría cíclica (VC) y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados electroquímicos, fueron además respaldados mediante medidas de adsorción y ángulo de contacto, así como caracterización superficial mediante técnicas como microscopía electrónica de barrido (MEB). Los agentes oxidantes evaluados fueron peróxido de hidrógeno (H2O2), hipoclorito de sodio y calcio (NaClO, Ca(ClO)2), y permanganato de potasio (KMnO4). Se encontró que la enargita y la calcopirita alcanzan valores distintos usando el mismo reactivo oxidante bajo las mismas condiciones experimentales, lo cual implica que hay una oxidación diferente para cada mineral. A partir de esto, se determinó que es más importante controlar el grado de oxidación de la superficie de las sulfosales y sulfuros de cobre involucrados, que solo fijar un potencial en el sistema de flotación. Los resultados electroquímicos mostraron que efectivamente, existen diferentes productos superficiales según el reactivo oxidante utilizado. Esto puede modificar las características de adsorción de la superficie mineral, en función de si se establece un carácter hidrofóbico o hidrofílico. De acuerdo con los resultados electroquímicos, el desempeño del NaClO como reactivo oxidante lo hace adecuado para el control de la oxidación de las superficies minerales en el proceso de flotación, particularmente porque no genera productos que puedan interferir con este proceso. A través de estudios de cinéticas de adsorción y mediciones de ángulo de contacto se confirmó que la superficie de enargita es afín al colector etil-isopropil tionocarbamato (EIPTC), independientemente de si se oxida o no con H2O2 y NaClO. En este proceso la interacción de la superficie del mineral con el colector se da a través de un proceso de adsorción química en una superficie heterogénea. Se registró una mayor adsorción de colector en la superficie oxidada de enargita con ambos agentes oxidantes que con calcopirita, logrando una alta selectividad entre estos minerales de acuerdo a pruebas de microflotación con minerales puros. No fue posible realizar una validación con mineral de mena con contenido de enargita, no obstante, los resultados del estudio electroquímico se extendieron a una mena mineral que contenía fases de tennantita (Cu12As4S13) y tetraedrita (Cu12Sb4S13) sulfosales de cobre que se comportaron acorde a lo proyectado para enargita. Así entonces, pruebas de microflotación con dicha mena, permitieron validar que el uso de agentes oxidantes como H2O2 y NaClO en conjunto con el colector EIPTC, da lugar a una flotación selectiva de sulfosales de Cu. Asimismo, se determinó que se puede alcanzar una mayor selectividad de sulfosales de Cu usando NaClO en combinación con el colector EIPTC, condiciones con las cuales además se logró un concentrado de sulfosales de mayor grado.

Establishing the role that oxidizing agents play in the mechanism of oxidation involved in the selective floatation of sulfosalts from copper sulfides is paramount for the development of an industrial process. The premise of the work developed in this thesis, was that the separation efficiency in the floatation process is affected not only by the potential used, but also by the products formed on the mineral surface, which depend on the oxidizing agent selected. Hence, an electrochemical study of the superficial oxidation of both enargite (Cu3AsS4) main sulfosalt and chalcopyrite (CuFeS2) main copper sulfide, under conditions of alkaline floatation was undertaken. The study involved potential measurements and techniques such as cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical findings were further supported by adsorption and contact angle measurements, as well as surface characterization techniques such as scanning electron microscopy (SEM). The oxidizing reagents evaluated were hydrogen peroxide (H2O2), sodium and calcium hypochlorite (NaClO, Ca(ClO)2), and potasium permanganate (KMnO4). It was found that the potential achieved using the same oxidizing reagent under the same experimental conditions was different for Cu3AsS4 and CuFeS2, implying a different oxidation process on each mineral. Therefore, it was found that more important than controlling potential is controlling the extent of oxidation of the sulfosalt and copper sulfide involved. The electrochemical results showed that indeed, different superficial products are generated, depending on the oxidizing reagent used. The oxidation achieved on the mineral surface modifies the adsorption behavior as it could render the surface hydrophobic or hydrophilic. The performance of NaClO as oxidizing agent, makes it suitable for the control of the oxidation of the mineral surface in the floatation process, as it does not generate products that could interfere with the process. It was confirmed through micro-floatation tests with pure mineral samples, that a more selective collector, such as ethyl isopropyl tionocarbamate (EIPTC) in conjunction with NaClO and H2O2 promotes a higher collector adsorption on enargite than chalcopyrite, thus achieving a more selective separation of these minerals. Even though an ore sample with enargite content was not available, the results of the electrochemical study were extended to an ore sample containing tennantite (Cu12As4S13) and tetraedrite (Cu12Sb4S13), copper sulfosalts that appeared to behave similarly to enargite. Microfloatation tests with this ore, validated that the use of H2O2 and NaClO in conjuction with EIPTC allows a selective floatation of copper sulfosalts. Likewise, it was found that the use of NaClO promotes higher selectivity and a sulfosalt concentrate of higher grade.