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Centro de Tecnologia MineralMinistrio da Cincia e Tecnologia

Coordenao de Metalurgia Extrativa

OBTENO DE OURO A PARTIR DE MINRIOSREFRATRIOS POR ELETROOXIDAO

Luis Alberto Dantas BarbosaBolsista RD

Luis Gonzaga S. SobralRonaldo Luiz C. dos SantosPesquisador do CETEM

CT2002-029-00 Contribuio Tcnica do 57o Congresso Anual daABM, 22 a 25 de julho de 2002, So Paulo, SP

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OBTENO DE OURO A PARTIR DE MINRIOS REFRATRIOS PORELETROOXIDAO

L.A.D.Barbosa*, L.G.S.Sobral*, R.L.C.Santos**CETEM-Centro de Tecnologia Mineral (Ldantas@cetem.gov.br)

RESUMO

Nesse trabalho foram obtidos resultados bastante positivos, tanto do ponto de vista

do aprofundamento do conhecimento cientfico, quanto no de desenvolver e aprimorar as

condies de aplicabilidade industrial do processo de abertura de sulfetos contendo ouro e a

subseqente recuperao desse metal precioso liberado da sua estrutura cristalina. Foi feita

a caracterizao mineralgica do minrio estudado; a confeco de dois reatores

eletroqumicos; a execuo de ensaios de eletrooxidao destinados obteno de

parmetros do processo e a realizao de ensaios cinticos e a determinao das eficincias

e do consumo energtico global do processo. De um modo geral pde ser observado em

todos os testes de eletrooxidao que a dissoluo total dos sulfetos aconteceu mudando-se

a soluo lixiviante a cada 3 ciclos de 6 horas de eletrlise.A taxa de oxidao dos sulfetos

pode ser aumentada minimizando a chegada de espcies inicas superfcie de catodo. Em

todos os testes, nos quais os sulfetos foram totalmente abertos verificou-se que o resduo e

soluo estavam livres de ouro e que este foi depositado na superfcie de catodo. Os

resultados de consumo de energia relacionados ao uso de um diafragma foram bastantenotveis quando se comparou queles obtidos em um sistema de reao sem tal separador.

O consumo de energia dos testes realizados com a clula retangular apenas 1,5 vezes

maior que aquele considerado ideal, calculado pela lei de Faraday. J o consumo de energia

dos testes realizados com o sistema reacional cilndrico de 7 vezes maior do que aquele

considerado ideal.

1. INTRODUO

Os minrios contendo ouro que no respondem satisfatoriamente lixiviao direta

com cianeto ou qualquer outro agente lixiviante so conhecidos como refratrios. Os

principais minrios refratrios de ouro so geralmente sulfetos (pirita, calcopirita,

arsenopirita, pirrotita, esfalerita, etc.) e a ocorrncia de ouro e prata altamente

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disseminado nas suas matrizes[1]. Em tais casos uma etapa de pr-concentrao necessria

para expor as partculas daqueles metais preciosos para a etapa subseqente de lixiviao.

Numa classificao simplificada desses minrios carregados com ouro considera-se[2] que

quando a porcentagem recuperada de ouro acima de 90%, o minrio considerado no-

refratrio e se a recuperao menor que 50%, ele dito altamente refratrio.

Diversos processos[3-7] tem sido propostos para o tratamento pr-oxidativo de

minrios refratrios, tais como sulfetos, como etapa prvia cianetao. Esses processos

tm em comum o rompimento das estruturas cristalinas por oxidao com a adio direta

ou pela gerao indireta de reagentes qumicos oxidantes, por ao de bactrias especficas

prprias dos minrios em questo, pela ustulao dos sulfetos com gerao de SO2 e pela

oxidao sob presso, em autoclave, transformando sulfeto em hematita.

O fluxograma da Figura 1 mostra de forma sucinta as vrias etapas subseqentes aesses processos pr-oxidativos at a etapa de recuperao eletroltica do metal de interesse.

Figura 1 Fluxograma dos processos pr-oxidativos mais usuais com as suas etapas

subseqentes.

AADDSSOORROO DDOO OOUURROO EEMMCCAARRVVOO AATTIIVVAADDOO

DDEESSOORROO DDOO OOUURROO DDOOCCAARRVVOO AATTIIVVAADDOO

CCOONNCCEENNTTRRAADDOO RREEFFRRAATTRRIIOO

UUSSTTUULLAAOOLLIIXXIIVVIIAAOO

SSOOBB PPRREESSSSOO

RREECCUUPPEERRAAOOEELLEETTRROOLLTTIICCAA

CCIIAANNEETTAAOO

RREESSDDUUOO

OOXXIIDDAAOOBBIIOOLLGGIICCAA

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A tcnica de eletrooxidao[8-13] tem sido aplicada principalmente para a abertura

das estruturas refratrias de concentrados de sulfetos e, ainda[14,16], para a remoo eficaz de

mercrio de carvo ativado proveniente da indstria produtora de gs natural. Esse

processo caracteriza-se pela ao de agentes oxidantes fortes, gerados num sistema

reacional apropriado, por ocasio da oxidao eletroltica dos ons cloretos presentes no

meio reacional. Nesse processo, diferentemente dos processos pr-oxidativos supracitados,

o ouro poder ser recuperado, como mostra o fluxograma da Figura 2, ao longo do processo

de eletrooxidao atravs da sua deposio na superfcie do catodo e sob potencial catdico

adequado.

Figura 2 Fluxograma do processo de eletrooxidao com produo simultnea de ouro.

O processo de eletrooxidao foi estudado previamente[17,18] pela Agncia Norte-

americana de Minas, no tratamento de uma polpa de minrio preparada com um minriofinamente dividido e uma soluo de salmoura. A vantagem principal desse tipo de

eletrlise que o material a ser tratado pode ser usado em sua forma original, i.e. como um

p. Em um determinado reator, a natureza do eletrodo particulado proporciona uma rea

superficial mais elevada do que o eletrodo compacto. Essa caracterstica aumenta a

produo e reduz o custo de instalao. Outra caracterstica importante do processo de

eletrooxidao que algumas etapas de custo elevado so eliminadas, quando comparado a

outros processos com objetivos similares, visto que, o ouro dissolvido deposita no catodo

simultaneamente abertura dos sulfetos. No processo de eletrooxidao so utilizados

sistemas operacionais como os mostrados nas Figuras 3 e 4. Para dar incio ao processo o

material a ser lixiviado suspenso na soluo de cloreto de sdio, eletrlito do sistema

eletroltico, e, em seguida, introduzidos os eletrodos de grafite e por ltimo a energizao

do sistema, ou seja, a passagem de corrente, para dar incio ao processo eletroltico.

CCOONNCCEENNTTRRAADDOO RREEFFRRAATTRRIIOO

EELLEETTRROOOOXXIIDDAAOO

AAuu

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Figura 3 - Exemplo de sistema reacional utilizado no CETEM, Brasil, em processos deeletrooxidao: clula com anodo e catodo em um nico compartimento.

Figura 4 - Exemplo de sistema reacional utilizado no CETEM, Brasil, em processos de

eletrooxidao: clula com diafragma separando anlito e catlito.

CATLITOANLITO

Soluo de NaCl

Soluo de NaCl

+ -

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6

2. CARACTERIZAO MINERALGICA DAS AMOSTRAS

Neste item ser mostrado o trabalho de caracterizao mineralgica realizada no

Laboratrio de Caracterizao Mineralgica do CETEM do concentrado estudado. Essa

caracterizao, imprescindvel nesse tipo de trabalho, tem como objetivo se conhecer amineralogia do material a ser estudado, a forma de associao do ouro com a matriz sulfeto,

a granulometria, etc. Tal caracterizao fornece informaes mineralgicas qualitativas e

semiquantitativas para estudos de eletrolixiviao desses concentrados.

A amostra foi homogeneizada e quarteada, sendo uma frao representativa da

mesma separada para anlises qumicas de elemento, a serem escolhidos aps os resultados

das anlises difratomtricas e de microscopia eletrnica de varredura. Aproximadamente 1

kg de amostra foi classificado mido em peneiras. A distribuio granulomtrica daamostra mostrada na Tabela 1.

TABELA 1 DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DA AMOSTRA DECONCENTRADO DE OURO.

Peneiras Peso (%)

malhas mm Retido Retidoacumulado

Passanteacumulado

28 0,589 0,06 0,06 99,9435 0,417 0,07 0,13 99,8748 0,295 0,15 0,27 99,7365 0,210 0,48 0,75 99,25100 0,149 5,14 5,89 94,11150 0,105 3,85 9,75 90,25200 0,074 7,70 17,45 82,55270 0,053 13,97 31,42 68,58325 0,044 8,69 40,11 59,89400 0,037 6,03 46,15 53,85635 0,020 15,48 61,62 38,38

- 635 -0,020 38,38 100,00 0,00Total 100,00

A frao de granulometria entre 0,077 e 0,053 mm (-200+270#) foi separada em

lquido de densidade 2,89 sendo seus produtos afundado e flutuado estudados por

difratometria de raios X (DRX) e microscopia eletrnica de varredura com analisador

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pontual por disperso de energia (MEV/EDS). Para os estudos ao MEV a amostra foi

embutida em resina epoxy, sendo o briquete obtido desbastado para expor sees das

partculas do minrio, polidas com diamante at granulometria de 1 m e recoberto com

carbono condutor.

As anlises da amostra de concentrado de ouro para Fe, Cu, S e Au mostraram

teores de 31,4%, 1,12%, 36,1% e 226 ppm, respectivamente. Em funo desses resultados e

das caractersticas mineralgicas da amostra que sero mostradas a seguir, estima-se uma

composio aproximada de 66% de pirita e 3% de calcopirita dentre os sulfetos que

compem a amostra.

As anlises por DRX identificaram pirita, quartzo, calcita e muscovita na amostra

total e quartzo, microclnio, calcita, muscovita e pirita na frao 200+270# flutuada.

As anlises ao MEV/EDS confirmaram a mineralogia determinada por DRX.

Provaram a existncia dos sulfetos de cobre e ferro (calcopirita) e verificaram tambm

esfalerita e micro-incluses de galena, uma liga de Pb, Bi, Cu e Fe, barita e ouro com

alguma prata, todos predominantemente associados pirita. Nesse estudo ao MEV, as

partculas formadoras das fraes 200+270# flutuada e afundada mostraram liberao

limitada, sendo freqente a associao de pirita ou quartzo/feldspatos (fases que

predominam respectivamente nas fraes afundada e flutuada) entre si e com as demais

fases acima comentadas. As imagens das Figuras de 5 a 7 exemplificam as texturas e

mineralogia comentada.

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8

Figura 5 Aspecto geral dos gros encontrados na frao 200+270#, afundado, da

amostra. Tom de cinza mdio, que predominam = pirita; Tons de cinzas mais escuros =silicatos; Tons de cinza mais claros/branco = predominantemente galena, menos

freqentemente liga de Pb, Bi, Cu e Fe e, raramente barita e ouro com alguma prata.

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9

Ponto 1

0 2 4 6 8 10Energy (keV)

0

50

100

C

Au

Au

Au

Ag

Ag Fe

Au

Figura 6 Partcula de ouro associada a gro de pirita e quartzo. Frao 200+270#,

afundado.

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10

0 5 10 15Energy (keV)

0

20

40

60

80

100

C

Cu

PbBi

Pb

Bi

FeCu

CuPb

Bi

Pb Bi

Figura 7 Partculas de liga de Pb, Bi, Cu e Fe em gro de pirita. Frao 200+270#,afundado.

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11

A Tabela 2 resume a mineralogia das amostras e considerando as anlises qumicas

obtidas para as amostras estudadas, a Tabela 3 resume as suas semiquantificaes

mineralgicas parciais.

TABELA 2 RESUMO DA MINERALOGIA CARACTERSTICA DA AMOSTRA DESULFETOS.

Minerais (DRX) Minerais Acessrios (MEV)

Pirita*, magnetita, quartzo, calcita,feldspatos, anfiblio, caolinita evermiculita

Calcopirita, galena, telurobismutita, apatita,jarosita, liga Au-Ag

Pirita, calcopirita, quartzo, calcita,muscovita e feldspato

calcopirita e esfalerita, galena, barita, liga Pb-Bi-Cu-Fe, liga Au-Ag

Quartzo, pirita, arsenopirita,

pirrotita, ankerita, siderita,clinocloro, muscovita, calcita efeldspato

Calcopirita, galena e liga Au-Ag

*em negrito so os minerais estimados como de maior importncia quantitativa

TABELA 3 RESUMO DA SEMIQUANTIFICAO DE SULFETOS NA AMOSTRAESTUDADA

Mineral %

Pirita 66

Calcopirita 3

As partculas de ouro encontradas ao MEV (na frao 200+270 #)

caracterizaram-se livres e enriquecidas em prata. Em termos de distribuio

granulomtrica, a amostra estudada apresenta 0,27 % em peso de partculas acima

de 0,295 mm (35 a 48 malhas, mdia de 0,35 mm) ou 82,55 % em peso das

partculas abaixo de 0,104 mm (100 a 150 malhas, mdia de 0,125 mm). A Figura 8

mostra graficamente a distribuio granulomtrica da amostra estudada.

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12

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Tamanho mdio do gro (mm)

%r

etidoacumulad

o

Figura 8 Distribuio granulomtrica grfica da amostra estudada.

3. PROCESSO DE ELETROOXIDAO

O processo de eletrooxidao inicia-se, uma vez suprida a corrente, na superfcie

andica, com a oxidao dos ons cloreto a cloro gasoso, segundo a reao 1.

eClCl 22 2+

(1)J na superfcie catdica a gua , inicialmente, reduzida com produo de

hidrognio e ons hidroxila segundo a reao 2.

++ OHHeOH 222 22 (2)

Simultaneamente, cido hipocloroso gerado no seio da soluo atravs da reao 3, do

cloro, gerado no anodo, com a fase aquosa.

+

+++ ClHHClOOHCl 22 (3)

Esse cido se dissocia com formao dos ons hipoclorito e hidrgnio,reao 4, dependendo diretamente do pH do meio.

+

+ HClOHClO (4)

Esses ons hidrognio reagem com os ons hidroxlas, produto da reao

catdica, para formar gua, segundo a reao 5.

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13

OHOHH 2++ (5)

Durante o processo eletroltico, aps um certo perodo, a produo de ons

hipoclorito (ClO-) no mais aumenta como esperado, fato atribudo gerao de ons

clorato (ClO3-) quimicamente, atravs da reao 6, ou eletroquimicamente, atravs da

reao 7.

++

++++ ClHHClOClOHClO 2222 3 (6)

eOClHClOOHClO 62/346236 232 ++++++ (7)

Uma vez produzidas as espcies HClO (cido hipocloroso) e/ou ClO- (on

hipoclorito) inicia-se a oxidao dos sulfetos, tal como a pirita, expressa, conforme as

reaes 8 e 9.

(8)++

++++ HClHSOFeOHHClOFeS 131542152 43

22 (9)

Durante as reaes mostradas acima, dos agentes oxidantes com os respectivos

sulfetos, as partculas de ouro encapsulado nas estruturas desses sulfetos so gradualmente

liberadas e em contato com os ons clorato, gerados conforme as reaes 6 e 7, so

dissolvidos segundo a reao 10.

OHAuClHClClOAu 2430 32672 ++++ + (10)

e, em seguida, sob condies adequadas de potencial catdico, depositam no catodoconforme a seguinte reao 11.

++ ClAueAuCl o 434 (11)

Em solues suficientemente oxidantes e em pH abaixo de 3, os ons ferrosos (Fe2+)

so, em seguida oxidados aos ons frricos (Fe+3), como mostra a reao 12.

eFeFe + ++ 32 (12)

Os ons Fe+3 so, por si s, agentes oxidantes e podem tomar parte da reao de

oxidao das espcies mineralgicas refratrias. No entanto, a pirita considerada inerte ao dos ons frricos em particular, mas sua atuao como agente oxidante catalizada na

presena de diversas outras espcies, tais como os ons cprico (Cu+2) e carvo ativado.

Durante a eletrlise, a gerao do cido hipocloroso (HClO) e dos ons hipoclorito

(ClO-) vai depender do pH do meio e poder de oxidao aumenta com a diminuio do pH,

++

++++ HSOFeHOHClOFeS 422152 43

22

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visto que a gerao do cido hipocloroso favorecida. O controle do pH necessrio, pois

visa evitar a formao do enxofre elementar durante o processo de oxidao dos ons

sulfeto a sulfato conforme diagrama Eh x pH mostrado na Figura 9. Observa-se nesse

diagrama que na faixa de pH e Eh adequadas isso possvel. Dessa forma pretende-se

evitar que o enxofre gerado encapsule as partculas de pirita, calcopirita, etc. ainda no

reagidas, impedindo a abertura total desses sulfetos. A utilizao de reagentes alternativos,

tal como o cloreto de amnio (NH4Cl), tambm tem como finalidade a no formao do

enxofre elementar.

14121086420

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

Eh(Volts)

pH

SHSO4

-

H S(a)2 HS (a)- S (a)-

Figura 9 Diagrama Eh x pH do sistema S-H2O a 37oC

4. TESTES DE ELETROOXIDAO DOS CONCENTRADOS

Aqui so descritos os procedimentos experimentais usados e discutidos osresultados mais significantes do desenvolvimento do processo eletroltico (eletrolixiviao)

pr-oxidativo das amostras dos concentrados sulfetados aurferos estudados, realizados

utilizando-se reatores sem diafragma e com esse dispositivo.

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4.1 MATERIAIS E MTODOS

Foram utilizados basicamente dois os sistemas reacionais para realizar o processo de

eletrolixiviao da amostra de concentrado de sulfetos. Um deles consistiu de um recipiente

de vidro Pyrex de 1 litro de capacidade com uma tampa de acrlico apropriada para permitira fixao dos eletrodos (anodo e catodo de grafita) e vazadaadequadamente para colocao

do agitador, para permitir a realizao de amostragem, de medidas de potencial e, ainda, de

pH. Uma outra tampa, tambm utilizada nesse recipiente de vidro, tinha, alm das

facilidades supracitadas, uma abertura para colocao de um compartimento catdico

isolado do meio agitado (polpa) atravs de filtros de pano que permitiam, apenas, a

passagem da soluo para o interior do compartimento. Esse dispositivo, tendo no seu

interior um catodo de l de ao, destinava-se deposio do ouro que era solubilizado na

forma de cloreto urico durante o processo de abertura dos sulfetos. O outro reator consistiu

de um recipiente retangular (tambm de 1 litro de capacidade total) de acrlico com um

diafragma poroso de porcelana separando anlito e catlito. Nesse ltimo reator foram

realizados testes comparativos com aqueles feitos com o reator de vidro pyrex no que

concerne ao consumo de energia durante o processo.

4.1.1 ELETRLITOS

Utilizou-se gua do mar, com aproximadamente 1 M em cloreto de sdio, e

solues sintticas de cloreto de sdio como eletrlitos. Para os experimentos com a gua

do mar com concentraes maiores nesse sal, cloreto de sdio foi adicionado. Em alguns

testes, onde se pretendia avaliar o comportamento do enxofre gerado na oxidao dos

sulfetos, em determinadas condies, foram utilizadas solues de cloreto de amnio.

4.1.2 VARVEIS AVALIADAS

Os testes foram realizados com densidades de corrente entre 3 e 9 A.dm -2. Os

tempos de reao estudados ficaram entre 3 e 6 h. Os testes foram realizados, variando-se,

inicialmente, o tempo, a relao slido/lquido, a concentrao do agente lixiviante (NaCl)

e a densidade de corrente. O pH da lixvia decrescia naturalmente ao longo do teste e era

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monitorado a cada hora. As medidas de potencial de eletrodo (catdico e andico) foram

feitas, tambm, a cada hora de teste e desse modo ocorreram tambm as medidas de

temperatura e de tenso da clula.

4.1.3 ANLISES QUMICAS

As informaes preliminares sobre a eficcia do processo foram obtidas medindo-se

a diferena de massa entre a massa do concentrado inicial e a do resduo final, aps

lixiviao, porm, durante a eletrooxidao, alquotas da polpa foram extradas a cada hora

para acompanhar as variaes da concentrao de sulfato, proveniente da oxidao dos

sulfetos presentes, e dos ons frricos solubilizados.

As anlises qumicas por elemento foram feitas atravs de fire assay (Au),

espectrometria de absoro atmica (Cu), volumetria (Fe), analisador Leco (S) e

gravimetria (SO42-). Nos resultados das anlises qumicas do concentrado inicial (antes do

processamento), mostrados na Tabela 4, sobressai o teor elevado de arsnio que, por causa

de seus efeitos ambientais danosos, dever ter uma ateno especial nesse trabalho.

TABELA 4 COMPOSIO ELEMENTAR DO CONCENTRADO

Au(ppm) S(%) Fe(%) Cu(%)

226.0 36.1 31.4 1.1

4.2 RESULTADOS E DISCUSSO

4.2.1 EFEITO DO TEMPO DE ELETRLISE

A influncia do tempo de eletrlise na oxidao de sulfetos, no sistema reacional

sem a separao entre anlito e catlito, mostrada na Figura 10 para uma polpa quecontm 150g de concentrado de sulfeto por litro de salmoura. O grfico dessa figura mostra

que h uma dependncia crescente do progresso de oxidao dos sulfetos com o tempo de

reao at o valor de limite de 6 a 7 horas de eletrlise. A partir desse tempo observada

uma tendncia para estabilizar o processo de oxidao, que alcana um mximo prximo a

20% com relao ao contedo inicial de sulfetos. Isto significa que dentro das condies

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experimentais testadas a eficincia de eletrooxidao diminuiu dramaticamente e, como

resultado, os sulfetos deixaram de ser oxidados com a mesma intensidade inicial.

Oxidao(%)

Tempo de Reao (h)

30

20

10

00 5 10

Figura 10 Porcentagem de oxidao de sulfetos do concentrado contra tempo de reao.

Durao dos testes: 2h at 12h; intensidade de corrente: 10 A; Concentrao de NaCl: 1M.

Testes adicionais com a remoo do enxofre formado na superfcie das partculas de

sulfetos e, alm disso, mantendo-se a mesma soluo carregada com Fe3+ mostraram que o

fenmeno acima mostrado pode ser atribudo, principalmente, ao fato de o sistema

reacional utilizado no ter separao entre anlito e catlito e com a intensificao, com o

tempo, das reaes paralelas, representadas, principalmente, pela reao redox reversvel

entre os ons de ferro ( eFeFe + ++ 32 ). Esse tipo de reao paralela consome parte da

corrente disponvel que deveria ser usada to somente para oxidao dos ons cloreto (Cl-) a

cloro elementar (Cl2) que, em contato com a gua (H2O), gera quimicamente cido

hipocloroso ( + +++ ClHHClOOHCl 22 ) e ons hipoclorito (+

+ HClOHClO ),

dependendo do pH do meio. Essas espcies qumicas so responsveis pela oxidao do

sulfeto a sulfato. Em decorrncia desse fenmeno ocorre um comportamento particular

que descreve a influncia relativa da massa inicial de sulfeto sobre a sua oxidao em um

intervalo de 6 horas. Sob determinadas condies experimentais existe um limite no

percentual de oxidao dos sulfetos. Foi observado (Figura 11) que h apenas um pequenoacrscimo na quantidade de sulfeto oxidado (de 17 para 22g) quando a quantidade inicial de

concentrado variou no intervalo de 45 a 120 g/L.

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18

0

510

15

20

25

40 60 80 100 120

Massa Inicial (g)

MassaOx

idada(g)

Figura 11 Oxidao dos sulfetos versus massa inicial. Durao dos testes: 6h.

Intensidade de corrente: 10 A. Concentrao NaCl: 1M.

4.2.2 EFICINCIA DE ELETROOXIDAO BASEADA NAS CONCENTRAES

DE SULFATO E FERRO NAS LIXVIAS

A Figura 12 mostra a variao da concentrao sulfato, ferro e ouro durante 6 horas

de reao. O ouro quase no foi detectado durante o processo (entre 0 e 0,5 ppm) visto que

o ouro solubilizado (na forma de AuCl-) foi simultaneamente reduzido na superfcie do

catodo. J os ons sulfato e frrico aumentaram com o tempo de reao, medida que os

sulfetos eram oxidados. O aumento da concentrao dos ons sulfato em soluo no mais

ocorre a partir da sexta hora de lixiviao, nas condies mostradas na Figura 12.

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7

TEMPO (h)

CO

NCENTRAO

Figura 12 - Variao da concentrao sulfato, ferro e ouro durante 6 horas de

eletrooxidao. Corrente: 10 A. NaCl: 1 M.

SO42- (g/L)

Fe (g/L)Au (ppm)

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19

4.2.3 PERFIL DE PH

A Figura 13 mostra o comportamento do pH relativamente ao concentrado em

estudo. Os testes iniciaram com o pH em torno de 3,2 a 3,4, diminuindo ao longo do

tempo, alcanando, ao final da lixiviao, um valor em torno de 1,3.

0

1

2

3

4

0 2 4 6TEMPO (h)

pH

Figura 13 Variao mdia do pH com tempo durante 6 horas do processo de

eletrooxidao dos concentrados TB.

4.2.4 PERFIL DE TEMPERATURA

O comportamento de temperatura durante os testes de eletrolixiviao obedece, de

um modo geral variao mostrada na Figura 14. Cabe observar que a temperatura

influenciada diretamente pela corrente aplicada, devido perda de calor decorrente do

efeito joule e pela intensificao de reaes exotrmicas. Observa-se na Figura 14 que para

4 A a temperatura sobe de forma mais suave enquanto que no teste realizado com 10 A a

temperatura aumenta mais rapidamente e permanecendo, porm, constante ao final, nos

dois casos mostrados.

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20

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7

TEMPO (h)

TEMPERAT

URA(oC)

Figura 14 Variao mdia da temperatura com tempo durante 6 horas do processo de

eletrooxidao dos concentrados em um teste com corrente a 4 A e a 10 A.

4.2.5 PERFIL DE TENSO

A solubilizao das espcies de interesse favoreceu a diminuio da resistncia do

meio reacional, levando, conseqentemente, a uma queda gradativa da tenso da clula,

aps 6 horas de teste, de 4,3 at 3,3, como se v na Figura 15.

3,0

3,5

4,0

4,5

0 2 4 6

TEMPO (h)

TENSO

DAC

LULA

(V)

Figura 15 Perfil de tenso do concentrado estudado ao longo de 6 horas de experimento

de eletrooxidao.

10 A

4 A

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21

4.2.6 CONSUMO DE ENERGIA

mostrado nas Tabela 5 o consumo de energia do processo em que se utilizou a

clula cilndrica, sem diafragama e, tambm, do processo em que se usou um diafragma,

separando anlito e catlito, para minimizar os efeitos prejudiciais das espcies de ferro,solubilizadas durante o processo eletroltico.

TABELA 5 - CONSUMO DE ENERGIA DO PROCESSO DE ELETROOXIDAODOS SULFETOS

E X P E R I M E N T O SClula cilndrica(sem diafragma)

Celula retangular(com diafragma)

CONDICES Corrente (A): 10,00

Dens. andica (A/dm2

): 13,5Tempo (h): 36,30Tenso na clula (V): 3,7

Corrente (A): 1,20

Tempo (h): 31,20Tenso na clula (V): 8,0

SULFETO OXIDADO/tconc(t) 0,650 0,650

C.E. (kWh/tconc.) 13445,80 2992,32

4.2.7 EFICINCIA DE CORRENTE BASEADA NA LEI DE FARADAY

O clculo da eficincia de corrente em um ambiente eletroqumico complexo como

o estudado aqui no tarefa fcil. Se, por um lado, alguns segundos antes do incio do

processo de eletrooxidao tm-se um eletrlito simples (NaCl); por outro lado, ao iniciar-

se o referido processo, com o suprimento de corrente, a oxidao dos ons cloreto a cloro

gasoso na superfcie do anodo passa a ocorrer, segundo a reao 1. Em seguida, vrios

agentes oxidantes so gerados, a partir do gs cloro, e, medida que os sulfetos e outros

minerais so abertos, metais diversos so solubilizados (vide reaes de 1 a 12) e o sistema

torna-se, finalmente, cada vez mais altamente complexo e dinmico, com o decorrer do

tempo, (pois passa a haver concorrncia pela corrente que alimenta o sistema).

Sendo o gs cloro (Cl2) o agente inicializador de todo o processo citado acima,

conveniente tomar a sua produo como base de uma tentativa de clculo para a eficincia

de corrente e, conseqentemente, para o clculo da corrente mnima necessria, e ideal,

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para abertura de uma determinada massa de sulfetos. Sabe-se, no entanto, que h outras

reaes paralelas que concorrem por essa energia e que, ainda, ocorre a perda de gs para o

meio ambiente no caso de sistemas abertos. Esses fatores so responsveis pela baixa

eficincia de corrente no sistema eletroltico supracitado.

A produo eletroltica de cloro ocorre, segundo a lei de Faraday em condies

ideais, taxa de 1,32264 g/A.h. Isso significa, por exemplo, que em um processo de

eletrolise de NaCl durante 6 h a 1 A so produzidos 7,93584 g (0,11192 mol) de Cl2. Nesse

caso necessrio que a soluo de NaCl contenha, pelo menos, 13,08190 g (0,22384 mol)

desse sal. O excesso de sal necessrio para dar condutividade ao sistema e, assim, permitir

a aplicao de determinadas intensidades de correntes.

O cido hipocloroso gerado no seio da soluo atravs da reao 3, do cloro,

gerado no anodo, com a fase aquosa. A partir dessa reao e da reao 1 pode-se observar

que necessrio 1 mol de gs cloro (ou 2 moles de ons cloreto) para produzir 1 mol de

cido hipocloroso. importante notar tambm que para cada molcula de Cl2 usada durante

a reao 3 uma de Cl- e regenerada podendo, portanto, ser reutilizada pelo sistema para

gerar mais Cl2 no anodo. Sendo assim se deduz que apenas metade do cloro gasoso gerado

gasto nessa reao, ainda, que apenas essa metade (na forma de cido hipocloroso) vai

reagir com o sulfeto.

Uma vez que no processo eletroltico acima citado a produo de gs cloro obedece

relao Cl2 : HClO de 1 : 1 mol e que so necessrios, segundo a reao 9, 7,5 moles de

HClO para oxidar 1 mol de FeS2,pode-se concluir que necessita-se de produzir 7,5 moles

de Cl2 para esse fim se a energia suprida ao sistema for totalmente utilizada apenas para

esse objetivo. interessante notar, ainda, que esse cloro (que compe o cido hipocloroso)

consumido pela pirita na sua reao de abertura, totalmente regenerado na forma de Cl-,

como mostra a reao 9. Em suma, todo o cloro gerado pela reao 1 andica inicial, e que depois reage com a gua formando o cido hipocloroso que por sua vez oxida a pirita,

totalmente regenerado pelo sistema como um todo. Como no possvel criar cloro no

sistema, mas, sim, regener-lo, isso significa apenas que, se no houver perda de gs, aps

esgotarem-se os sulfetos, ter-se- todo o cloro inicial de volta soluo.

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Do exposto acima se deduz ainda que o cloro no o fator limitante do processo de

eletrooxidao desde que o sistema no esteja em alta temperatura, o que favoreceria a

expulso do gs do sistema reacional. A princpio, a reao lquido-slido seria ento um

dos fatores limitantes do processo de abertura dos sulfetos. Nesse caso, a granulometria das

partculas e o encapsulamento dessas partculas pelo enxofre gerado, que em determinadas

condies no oxidado, so parmetros que devem ser considerados.

Para simplificar os clculos ser considerada apenas a pirita como sulfeto e o cido

hipocloroso ser considerado o nico agente oxidante (o que verdade se a faixa de pH for

abaixo de 3). Considerando, ento, 1 mol (119,975 g) de pirita (FeS2) (170 g do

concentrado, por exemplo) sendo eletrooxidados utilizando um dos sistemas reacionais

acima citados, necessita-se de 7,5 moles de cido hipocloroso e, conseqentemente, de 7,5

moles (531,795 g) de Cl2 para se atingir esse objetivo. Segundo a lei de Faraday, em 6 h e

a 1 A se produz 7,93584 g de Cl2, portanto em 88,633 h, com a mesma corrente, se produz

531,795 g de cloro gasoso. Nesse caso o consumo de energia seria de (88,633 h x 1 A x 3,7

V x 10-3) 0,328 kWh/170g-conc. (0,00193 kWk/g-concentrado ou 1929,41 kWh/t-

concentrado). A Tabela 6 mostra o comparativo entre os resultados obtidos com os dados

mostrados na Tabela 5 e os calculados pela lei de Faraday. Os experimentos realizados nas

clulas cilndrica e retangular, que geraram os resultados mostrados na Tabela 6, foram,

respectivamente, 6,97 e 1,55 vezes maior do que seria em condies ideais.

TABELA 6 CONSUMO DE ENERGIA CALCULADO PELA LEI DE FARADAY

REALFARADAY

Clula cilndricasem diafragma

Clula retangularcom diafragma

CONDICES Corrente (A): 1 ATempo (h): 88,633Tenso (V): 3,7

Corrente (A): 109Tempo (h): 36,30Tenso (V): 3,7

Corrente (A): 1,20Tempo (h): 31,20Tenso (V): 8,0

C.E. (kWh/tconc.) 1929,41 13445,80 2992,32

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4.3 CONCLUSES

Como regra geral pde ser observado em todos os testes de eletrooxidao que a

dissoluo total dos sulfetos aconteceu mudando-se a soluo lixiviante a cada 3 ciclos de 6

horas de eletrlise. Esta evidncia experimental foi mais bem caracterizada quando polpas

mais concentradas (maiores relaes slido/lquido) foram usadas e em densidades de

correntes mais elevadas. Esses fatos, combinados ausncia de ouro na lixvia, no final dos

testes, deixaram evidente que o processo de eletrooxidao em questo propicia a produo

de ons clorato que so suficientemente oxidantes para dissolverem o ouro metlico (como

AuCl4-) exposto aps a abertura dos sulfetos. O ouro assim dissolvido , ento, reduzido

(sob apropriado potencial de eletrodo) na superfcie do catodo.

De acordo com os resultados preliminares obtidos nos testes de eletrooxidao dos

concentrados sulfetados pode-se concluir que:

A oxidao total das estruturas dos sulfetos presentes pode ser realizada usando um

sistema reacional adequado;

A eficincia de oxidao uma funo direta da densidade de corrente utilizada e no

varia na mesma proporo em se aumentando a relao slido/liquido. Isso

provavelmente devido a fatores limitantes existentes causados por espcies inicas em

soluo, como Fe3+ (ons frricos) e Fe2+ (ons ferrosos);

Durante o processo de eletrooxidao h uma reao redox constante (Fe2+- Fe3+) que se

encarrega de consumir a maior parte da corrente aplicada ao sistema reacional;

A taxa de oxidao dos sulfetos pode ser aumentada de, pelo menos, dois modos

diferentes. Um deles, evitando (minimizando) que aquelas espcies inicas

supramencionadas alcancem a superfcie de catodo e, ainda, renovando-se o eletrlito

depois de saturado com essas espcies. Em todos os testes, nos quais os sulfetos foram totalmente abertos verificou-se que o

resduo e soluo estavam livres de ouro e que este foi depositado na superfcie de

catodo;

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Os resultados de consumo de energia relacionados ao uso de um diafragma, para

evitar/minimizar o efeito de espcies de ferro geradas na soluo durante o processo,

foram bastante notveis quando se comparou queles obtidos em um sistema de reao

sem tal separador;

Um exerccio terico de eficincia de corrente, realizado para a oxidao da pirita,

mostrou que consumo de energia dos testes realizados com a clula retangular apenas

1,5 vezes maior que aquele considerado ideal, calculado pela lei de Faraday. J o

consumo de energia dos testes realizados com o sistema reacional cilndrico de 7

vezes maior do que aquele considerado ideal.

5.0 REFERNCIAS

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3. M. Climo, H. R. Watling and W. Van Bronswyir, Biooxidation as pre-treatment for a

telluride-rich refractory gold concentrate,Minerals Engineering, (October 2000):1219-

1229.

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chalcopyrite minerals by Fe Mossbauer Spectroscopy,Minerals Engineering, 973-978,

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10. M. M. Hefny, S. Abdel-Wanees, Electrooxidation at a coated iridium electrode,

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11. L. Xu, F. Li, S. Dong,.Electrooxidation of a chloride complex of Platinum(II) at a

glassy carbon electrode,. Journal of electroanalytical chemistry, v 383 n 1 / 2 133.

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12. A. Katagiri, H. Arai, Z. Takehara,. Mechanism of the Electrooxidation of Sulfite

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13. J. M. Bisang, Electrochemical treatment of waste solutions containing ferrous sulfate

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14. L. G. S. Sobral, R. L. C. Santos, and L. A. D. Barbosa, Electrolytic Treatment of

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15. L. G. S. Sobral, R. L. C. Santos, C. M. Hempel and J. Thming, The Electroleaching

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