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CAPÍTULO 4
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 Caracterización de la Muestra
Los resultados de la caracterización indicaron la presencia de pirita (FeS2) como
principal componente mineral, así como cuarzo. El mineral tiene un contenido de oro,
plata y otras especies elementales como se muestra en las Tablas I y II. Los análisis de
DRX y EDS confirmaron la presencia de sulfuro de hierro FeS2 y SiO2 como principales
especies, como se muestra en las Figuras 7, 8 y 9. El EDS no detectó la presencia de oro
en las partículas de la mena debido a bajo contenido de oro en ppm, para lo cual se
realizaron los ensayes al fuego para determinar las concentraciones de valores metálicos.
El expectro de DRX muestra la presencia de cuarzo hexagonal y pirita cúbica como
especies principales. El análisis de EDS puntual para dos tipos de partículas observadas,
diferenciadas por sus tonos claro y oscuro, indica que para las partículas oscuras la
presencia de silicio es más marcada que la de hierro y azufre, mientras que en las claras
el patrón elemental del azufre es más notorio que el de silicio, así como el de hierro se
muestra más elevado que en las partículas oscuras.
Tabla I. Resultados del Método de Combinación de Análisis al Fuego, combinado por
Espectroscopia de Absorción Atómica para la Muestra SAS-1
Au (g/t) Ag (g/t) Cu (%) Fe (%) Pb (%) Zn (%)
SAS-1 4 23 0.029 6.33 0.061 0.0068
Tabla II. Resultados de Contenido de Oro y Azufre por Horno LECO y Consumos de
Reactivo del Laboratorio de Minas de Oro Nacional
Muestra Ensayes Au (g/t)
Cabeza
Calc. Au
(g/t)
% Ext. Au Consumo (kg/t) %S
Cabeza Cola Ens Calc CaO NaCN
SAS 1 2.67 1.65 2.66 38.13% 37.97% 4.98 0.86 6.32
Figura 7. Imágenes de Microscopía Elecrónica de Barrido y Espectroscopía de
Dispersión de Energía de Rayos X de la muestra SAS-1 para partículas oscuras.
Figura 8. Imágenes de Microscopía Elecrónica de Barrido y Espectroscopía de
Dispersión de Energía de Rayos X de la muestra SAS-1 para partículas claras.
SAS_1
01-080-0886 (C) - Kaolinite 1A - Al2(Si2O5)(OH)4 - Triclinic - P1 (1) - S-Q 12.0 % - F30=1000(0.0000,36)00-043-1456 (*) - Birnessite, syn - Na0.55Mn2O4·1.5H2O - Monoclinic - C2/m (12) - S-Q 1.9 % - F27=481(0.0019,30)00-024-0076 (D) - Pyrite - FeS2 - Cubic - Pa-3 (205) - S-Q 17.6 % - F17=298(0.0025,23)03-065-0466 (C) - Quartz low, syn - SiO2 - Hexagonal - P3221 (154) - S-Q 68.5 % - F30=1000(0.0001,30)Operations: ImportSAS_1 - File: SAS_1.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 60.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 18 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 0.00 ° -
Lin
(Cou
nts)
0
100
200
300
400
2-Theta - Scale10 20 30 40 50
d=7.
1558
9
d=3.
5752
3
d=7.
1558
9
d=4.
2526
1
d=3.
5752
3
d=3.
1272
9
d=2.
7083
2 d=2.
4552
9d=
2.42
249
d=2.
2805
8d=
2.23
693
d=2.
2115
6
d=2.
1265
9
d=1.
9789
9
d=1.
9153
7 d=1.
8179
0
d=1.
6713
5
d=1.
6337
7
d=3.
364
Figura 9. Resultado de Difracción de Rayos X para la muestra SAS-1. El espectro indica
la presencia de cuarzo y pirita, SiO2 y FeS2 respectivamente.
4.2 Pruebas a Condiciones Normales de Presión y Temperatura
La lixiviación a presión atmosférica nos muestra porcentajes de extracción bajos, así
como las pruebas de cianuración caliente en el rango de 40 – 80°C. Las pruebas de
lixiviación atmosférica se llevaron a cabo bajo las siguientes condiciones: relación
sólido/líquido de 30%, concentración de NaCN 300 ppm. , pH≥ 10.5 (CaO), tiempo
lixiviación 72 h, tamaño de partícula con un 80% de la población a tamaño menor a
3/16” (100% -3/8”). Las pruebas de cianuración caliente se realizaron bajo condiciones
de: concentración de NaCN 1%, adición de CaO para control de pH de 10 Kg/ton,
temperatura del rango de 40°C - 80°C, porcentaje de sólidos de 30%, tiempo de 2.5
horas, tamaño de partícula de - 270 mallas (55µm).
Puede observarse en la Figura 10 que el método de lixiviación con cianuro convencional
no muestra resultados de extracción favorables, confirmando la condición de mineral
refractario que tiene la mena aurífera. Las extracciones de oro alcanzan un máximo de
37.96% para lixiviación agitada en tiempos de 72 horas, que para tiempos mayores el
porcentaje de extracción no presenta aumento.
Para las pruebas de cianuración caliente, se observa que para las tres temperaturas
estudiadas no se presenta un cambio en los porcentajes de extracción, alcanzando
valores entre 49 y 54% en tiempos de 0.5 a 2.5 horas como se muestra en la Figura 11.
De nuevo estas pruebas denotan que se requiere otro tipo de tratamiento para lograr
porcentajes deseables de extracción.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Extr
acci
ón d
e A
u, %
Tiempo, h
Figura 10. Resultados de lixiviación a presión atmosférica de la muestra SAS-1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Extr
acci
ón d
e A
u, %
Tiempo, h
40°C
60°C
80°C
Figura 11. Resultados de la cianuración caliente de la muestra SAS-1
4.3 Pruebas Experimentales de Oxidación y Lixiviación a Presión
Las pruebas de oxidación y lixiviación a presión se determinaron los efectos de las
variables de temperatura, presión de oxígeno y concentración de cianuro, se mantuvo
una velocidad de agitación constante y elevada para evitar los efectos de control por
transferencia de masa, se utilizó cal para el control del pH a valores superiores a 10.5
para evitar descomposición de cianuro por formación de ácido cianhídrico a pH menor a
10.0. La mena se redujo de tamaño hasta una fracción de -270 + 325 mallas Tyler (-53 +
47 micras), se utilizó una densidad de pulpa de 25% de sólidos. Los valores estudiados
para las variables fueron: temperaturas de 60, 80, 120 y 150°C, presiones de 603.13 kPa
(87.5 psi), 827.14 kPa (120 psi), 1033.93 kPa (150 psi) y 1378.57 kPa (200 psi) y
concentraciones de cianuro de (0.8, 1.0 y 1.2 % peso con respecto a la solución total).
Las pruebas se realizaron en lotes con tiempo de 1 hora para cada prueba.
4.3.1 Efecto de la Temperatura
En la Figura 12 se muestran los resultados de extracción de oro para las pruebas
experimentales de oxidación y lixiviación simultánea a presión. Se observa que para el
rango de presiones estudiadas, la extracción de oro experimenta un aumento desde
valores de 58% a 60 y 80°C hasta 82% e incluso 86% a partir de los 120°C. Esto
contradice el efecto observado en la cianuración caliente, mostrando que la presión
oxidante tiene un efecto solamente si es mayor a la presión atmosférica.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
Extr
acci
ón d
e A
u, %
Temperatura, °C
603.13 kPa
827.14 kPa
1033.93 kPa
1378.57 kPa
Figura 12. Efecto de la temperatura en la extracción de oro a concentración de cianuro
constante de (0.8% peso).
4.3.2 Efecto de la Presión de Oxígeno
En la Figura 13 puede observarse que en el rango estudiado de presiones de oxígeno, los
porcentajes de extracción no presentan un cambio significativo con el aumento de esta
variable. Al estar involucrado el oxígeno en la ecuación de Elsner para lixiviación con
cianuro, el aumento del oxígeno disuelto en solución debido a la alimentación de
oxidante comercial al reactor, que es la causa más probable de obtener una mayor
extracción de oro bajo condiciones de presión superiores a la atmosférica.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250
Extr
acci
ón
de
Au
, %
Presión de oxígeno, psi
T = 60°C
T = 80°C
T = 120°C
T = 150°C
Figura 13. Efecto de la presión de oxígeno en la extracción de oro a concentración de
cianuro constante de (0.8% peso).
4.3.3 Efecto de la Concentración de Cianuro
Como puede observarse en la Figura 14, el aumento de la concentración del reactivo
lixiviante en el rango de valores estudiados no presenta un efecto significativo. Cabe
mencionar que es un aspecto favorable ya que no se requiere una concentración de
reactivo mayor a 0.8% peso. para lograr valores aceptables de extracción de oro. Aunque
se encuentra en la ecuación de Elsner el ion cianuro, el aumento en la concentración de
este compuesto no aumenta el porcentaje de extracción de manera significativa,
posiblemente debido a que el valor de (0.8% peso) de reactivo contiene un exceso que se
consideró al inicio de la experimentación, para evitar pérdidas por elementos como Cu,
Mn, Pb, Zn, Al, etc., que son llamados cianicidas, que provocan un gasto innecesario de
cianuro de sodio.
Al comparar los porcentajes de extracción en los procesos de lixiviación a presión
atmosférica y lixiviación a presión y oxidación simultánea, puede apreciarse que los
obtenidos en el reactor a presión son altos, y fueron obtenidos en un tiempo mucho
menor. Se aprecia un efecto similar en el estudio de las operaciones de oxidación y
lixiviación con cianuro por separado, donde los porcentajes de extracción son
directamente afectados por la oxidación de los sulfuros y por la formación de tiocianato
por la presencia de FeS2, y incrementándose de 20% al 70% de extracción de oro. Los
resultados experimentales muestran que el efecto de la temperatura es mayor que el
efecto de la presión en los porcentajes de extracción. Es posible que el tiempo de
reacción de una hora, considerado como suficiente para un caso ya probado por Parga en
2007, no haya sido suficiente para formar la capa porosa del producto oxidado para la
pirita en solución alcalina. Es posible que se deba a diferencias en la mineralogía. Se
puede suponer que posiblemente por estas condiciones de oxidación parcial, la presión
de oxígeno no mostró tener un efecto mayor en el porcentaje de extracción.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0.5 1 1.5
Extr
acci
ón d
e A
u, %
Concentración de NaCN, % peso
60°C
80°C
120°C
150°C
Figura 14. Efecto de la concentración de cianuro en la extracción de oro, a presión de
oxígeno constante de 601.13 kPa (87.5 psi)
4.4 Cinética de Oxidación y Lixiviación a Presión
Se presentan los resultados de las pruebas cinéticas. La Figura 15 muestra los
porcentajes de extracción de oro contra el tiempo, donde se muestra una tendencia hacia
los porcentajes de extracción ya mencionados en los experimentos por lotes. Las pruebas
cinéticas que se realizaron mostraron ser las condiciones en porcentajes de extracción
más favorables en las pruebas por lotes de oxidación y lixiviación a presión, como
condiciones que pueden considerarse como favorables en cuestión de consumo de
reactivo lixiviante y materiales de construcción de un reactor a nivel piloto, es decir, se
seleccionaron los valores de la concentración de cianuro y de presión más bajos,
considerando que los efectos del aumento de estas variables no muestran tener un efecto
significativo. Los valores de presión y concentración de cianuro de sodio fueron 87.5 psi
y 0.8% peso de NaCN. Se varió la temperatura con el fin de ajustar los datos a un
modelo cinético de lixiviación, para este caso se tomó el modelo de núcleo decreciente
suponiendo partículas esféricas.
4.4.1 Ajuste a un Modelo Cinético de Lixiviación
Se exhiben los resultados de las pruebas cinéticas continuas en la Figura 10, graficando
los porcentajes de extracción contra tiempo de reacción a tres distintas temperaturas.
Posteriormente se toma la ecuación del modelo de núcleo decreciente para control por
difusión a través de la capa de producto, (13), utilizando α como la fracción reaccionada
de la mena y t como el tiempo de reacción. Al graficar la parte izquierda de la ecuación
contra el tiempo (Figura 16), se obtiene una gráfica recta con una pendiente que equivale
a la constante cinética, k, que se utiliza en el cálculo de la energía de activación (Tabla
III).
Posteriormente se construye una gráfica de Arrhenius (Figura 17) para determinar el
valor de la energía de activación, el cual permite saber si la cinética de la reacción
química está controlada por el transporte por difusión de los reactivos hacia la superficie
de la partícula o por la reacción química superficial, con valores menores a 20 kJ/mol y
mayores a 40 kJ/mol para cada etapa controlante respectivamente. La ecuación de
Arrhenius en su forma logarítmica nos indica que los datos de las constantes cinéticas k
contra el inverso de los valores de temperatura absoluta trabajados, nos da una gráfica
cuya pendiente negativa es igual a la energía de activación de la reacción sobre la
constante de los gases ideales, con la cual se hace el cálculo, expresando en kJ/mol el
valor de .
(17)
El índice de correlación de los datos cinéticos en cuanto a si concordancia con el
modelo, para las temperaturas de 90 y 110°C, se considera baja, del orden de 0.62 a 0.70
para 90 minutos de reacción. Cabe mencionar que para los primeros 60 minutos a estas
dos temperaturas, la concordancia con el modelo es del orden de 0.92 a 0.96. El
comportamiento de la reacción a esas temperaturas a tiempos mas allá de 60 minutos
podría deberse a que la oxidación de la partícula ha llegado a un punto donde la partícula
comienza a exponer las superficies de las partículas de oro y la lixiviación se vuelve más
eficiente.Los valores de las pendientes k para las ecuaciones del modelo de control por
difusión y las tres distintas temperaturas se expresan en la tabla III.Se utilizó el modelo
de núcleo decreciente de control por reacción química de superficie, expresado en la
ecuación (11), es decir:
Se graficaron los datos y se hizo una gráfica de Arrhenius conforme a este modelo
(Figuras 18 y 19), de manera similar al modelo de control por difusión a través de la
capa de producto (Figuras 16 y 17) y de control mixto (Figuras 20 y 21).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
Extr
acci
ón d
e or
o, %
Tiempo, min
110°C
90°C
120°C
Figura 15. Resultados de pruebas de oxidación y lixiviación a presión, para extracción
de oro contra tiempo a tres distintos valores de temperatura. Condiciones de 0.8%w. de
NaCN y 87.5 psi.
y = 0.000x + 0.001R² = 0.952
y = 0.001x + 0.017R² = 0.842
y = 0.002x + 0.019R² = 0.941
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 10 20 30 40 50 60 70
1-2�
/3-(
1-�)
^(2/
3)
Tiempo, min
90°C
110°C
120°C
Lineal (90°C)
Lineal (110°C)
Lineal (120°C)
Figura 16. Gráfica de los datos de extracción de oro contra tiempo, para los tres valores
de temperatura estudiados en un período de tiempo de 60 minutos, utilizando el modelo
de núcleo decreciente de control por difusión a través de la capa de producto.
Figura 17. Gráfica de Arrhenius para el cálculo de la energía de activación de la
oxidación y lixiviación simultánea a presión usando el modelo de control por difusión a
través de la capa de producto.
y = 0.003x + 0.042R² = 0.872
y = 0.004x + 0.104R² = 0.726
y = 0.007x + 0.121R² = 0.835
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 10 20 30 40 50 60 70
1-(1
-�)^
(1/3
)
Tiempo, min
90°C
110°C
120°C
Lineal (90°C)
Lineal (110°C)
Lineal (120°C)
Figura 18. Gráfica de los datos de extracción de oro contra tiempo, para los tres valores
de temperatura estudiados en un período de tiempo de 60 minutos, utilizando el modelo
de núcleo decreciente de control por reacción química.
y = -3.706x + 4.337R² = 0.853
-6
-5.9
-5.8
-5.7
-5.6
-5.5
-5.4
-5.3
-5.2
-5.1
-5
-4.9
2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8
ln k
1000/T, K
Figura 19. Gráfica de Arrhenius para el cálculo de la energía de activación de la
oxidación y lixiviación simultánea a presión usando el modelo de control por reacción
química.
y = 0.002x + 0.020R² = 0.908
y = 0.003x + 0.064R² = 0.776
y = 0.006x + 0.074R² = 0.892
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 10 20 30 40 50 60 70
1-2�
/3-(
1-�)
^(2/
3)+0
.45*
(1-(
1-�)
^(1/
3))
Tiempo, min
90°C
110°C
120°C
Lineal (90°C)
Lineal (110°C)
Lineal (120°C)
Figura 20. Gráfica de los datos de extracción de oro contra tiempo, para los tres valores
de temperatura estudiados en un período de tiempo de 60 minutos, utilizando el modelo
de núcleo decreciente de control mixto.
y = -4.841x + 7.048R² = 0.876
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8
ln k
1000/T, K
Figura 21. Gráfica de Arrhenius para el cálculo de la energía de activación de la
oxidación y lixiviación simultánea a presión usando el modelo de control mixto.
Los cálculos de las energías de activación conforme a los modelos químico y mixto se
muestran en las Tablas IV y V.
4.4.2 Cálculo de Energía de Activación
El valor calculado de la energía de activación sugiere un control mixto entre un control
por reacción química en la superficie de las partículas y un control por difusión de los
reactivos hacia los sitios de reacción en la mena procesada. Esto puede deberse a que la
oxidación llevada a cabo dentro del reactor sea parcial y que la tortuosidad de los poros
del producto formado cause un cambio en el control, haciendo que el transporte de masa
se vuelva controlante.
El valor de calculado por el modelo de control químico también sugiere un control
mixto del proceso, sin embargo los valores de correlación para la gráfica de Arrhenius
para este modelo es mayor que la del control por difusión en la capa de producto, siendo
0.853 contra 0.8227.
Tabla III. Cálculo de la energía de activación según gráfica y ecuación de Arrhenius para
el modelo de control por difusión a través de la capa de producto. T, °C pendiente, k T, K 1000/T ln k (- /R) , kJ/mol
90 0.0008 363.15 2.75368305 -7.13089883 -4.574 38.0303949 110 0.0011 383.15 2.60994389 -6.8124451 120 0.0023 393.15 2.54355844 -6.07484616
Tabla IV. Cálculo de la energía de activación según gráfica y ecuación de Arrhenius
para el modelo de control por reacción química. T, °C pendiente, k T, K 1000/T ln k (- /R) , kJ/mol
90 0.003 363.15 2.75368305 -5.80914299 -3.706 30.8134332 110 0.004 383.15 2.60994389 -5.52146092 120 0.007 393.15 2.54355844 -4.96184513
Tabla V. Cálculo de la energía de activación según gráfica y ecuación de Arrhenius para
el modelo de control mixto. T, °C pendiente, k T, K 1000/T ln k (- /R) , kJ/mol
90 0.002 363.15 2.75368305 -6.2146081 -4.841 40.250359 110 0.003 383.15 2.60994389 -5.80914299 120 0.006 393.15 2.54355844 -5.11599581
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