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FLOTA FLOTACIÓN CIÓN Y DEPRESIÓN DE ARSENOPIRITA DE SULFUROS METÁLICOS Carmen Ojeda Escamilla, Alejandro López Valdivieso, Shaoxian Song Instituto de Metalurgia, Universidad Autónoma de San Luis Potosí. RESUMEN: Se ha investigado la flotación de arsenopirita con el colector xantato isopropílico de sodio, con el
objetivo de conocer los mecanismos que controlan este proceso y definir las condiciones más apropiadas de operación, para prevenir o promover la flotación flot ación de arsenopirita en el procesamiento de menas de sulfuros polimetálicos. pol imetálicos. Esta investigación se ha realizado con minerales de arsenopirita puros y con menas que contienen un alto grado de arsénico. A través de estudios electrocinéticos, electroquímicos, de espectroscopía IR y de flotación, se ha confirmado que la flotación de arsenopirita, ocurre debido a la formación de dixantogenato isopropílico, por la oxidación oxi dación del colector en la superficie del mineral. Este fenómeno se promueve en condiciones ácidas y se evita evita en condiciones alcalinas donde se forman hidróxidos de fierro y arseniatos en la superficie de arsenopirita. Estos compuestos hidrofílicos se forman aún más empleando agentes oxidantes como como el agua oxigenada. Previniendo la flotación del mineral, los resultados de la investigación indican que la oxidación de la arsenopirita y por lo tanto la flotación de arsenopirita, se pueden controlar con mediciones de potencial de óxido-reducción en la pulpa de flotación. INTRODUCCIÓN
El arsénico se presenta en la naturaleza naturaleza en forma de diferentes compuestos minerales donde la arsenopirita (FeAsS) es el mineral de arsénico más abundante. La arsenopirita se encuentra usualmente en menas hidrotermales, asociada con minerales de plata, plomo, zinc, y cobre. La eliminación de arsenopirita de concentrados de minerales de sulfuros metálicos es importante desde el punto de vista ambiental y económico. Ambientalmente, el contenido de arsénico arsénico está muy restringido por sus efectos tóxicos. Cuando se tienen procesos de cianuración como en la recuperación de oro y plata, así como en procesos hidrometalúrgicos o de refinación, la generación de arsina (AsH 3) el cual es un compuesto sumamente tóxico, es frecuente, (Hall, 1964, Habashi e Ismail, 1975). En procesos de fundición, la generación de gases tóxicos con altos contenidos de arsénico se hace presente (3). Se ha investigado la flotación de arsenopirita con el colector xantato isopropílico de sodio, con el objetivo obj etivo de conocer los mecanismos que controlan este proceso y definir las condiciones más apropiadas de operación, para prevenir o promover la flotación de arsenopirita en el procesamiento de menas de sulfuros polimetálicos. Esta investigación se ha realizado con minerales de arsenopirita puros y con menas con un alto grado de arsénico. METODOLOGÍA
Para los estudios electrocinéticos, y de análisis en infrarrojo se emplearon cristales puros de arsenopirita de la l a Paz, S.L.P., S.L.P., agua desionizada y reactivos químicos grado grado analítico. Se utilizó xantato isopropílico de sodio grado comercial y se purificó por disolución en acetona y precipitación en eter etílico. El pH de las soluciones acuosas acuosas fue regulado con soluciones de ácido ácido nítrico e hidróxido de sodio. Los estudios electrocinéticos se realizaron en un Zetámetro Riddick, con arsenopirita a un tamaño de -38µm utilizando 100 mg de mineral en 100 ml de solución 0.01 M con NaNO3. Este mineral fue acondicionado por 15 minutos al valor del pH deseado en ausencia y presencia de xantato y mezcla xantato/dixantogenato; posteriormente con arsenopirita oxidada a un pH constante y después se midió su pZ en un rango de pH de 2 a 11. Para los estudios estudios en infrarrojo el mineral se acondicionó en la misma forma a diferentes valores de pH, en ausencia y presencia de xantato y oxidando la superficie de arsenopirita. Las pruebas de flotación a nivel banco se realizaron en una celda de
flotación marca Denver de laboratorio con 0.5 Kg de mena con contenido de arsénico de 12.8 %; en estas pruebas se usó, xantato isopropílico de sodio purificado y espumante Dowfroth 70 grado comercial. El pH de la flotación fue ajustado con cal y ácido nítrico. El P 80 del mineral de flotación fue de 80 µm RESULTADOS RESULTADOS Y DISCUSIÓN DIS CUSIÓN
1. Flotación de arsenopirita La flotación de arsenopirita con xantato isopropílico de sodio es favorable a valores de pH menores de 11 y altas concentraciones de colector. Este se adsorbe sobre la superficie de arsenopirita por una reacción de oxidación del xantato y una reacción de reducción de oxígeno (5, 6). Estudios termodinámicos y de potencial en reposo de arsenopirita en función del pH, se presentan en la figura 1 a dos diferentes concentraciones de xantato isopropílico de sodio, 10-3 y 10 -4 M. Las líneas punteadas indican el potencial donde ocurre la oxidación del xantato a dixantogenato, de acuerdo a la reacción siguiente: 2X- = X2(l) + 2e-
Eº = - 0.096 V
(1)
donde: X- = concentración de xantato X2(l) = concentración de dixantogenato El valor de Eo ha sido reportado por Wood (1988) Los resultados de la Figura 1 indican que se tienen condiciones favorables para la formación de dixantogenato en la superficie de arsenopirita a través de la oxidación del xantato y que, aumentando la concentración del colector se aumenta el rango de pH para la formación del dixantogenato (1), la cual está limitada hasta un valor de pH de 11, donde la oxidación de la superficie de arsenopirita prevalece sobre la oxidación del xantato. La formación de dixantogenato sobre la superficie de arsenopirita, se estudió también electrocinéticamente, por medio de mediciones de potencial zeta. Estos resultados se presentan en la Figura 2, donde se muestra el potencial zeta de la arsenopirita en ausencia y presencia del colector xantato isopropílico de sodio. La arsenopirita presenta un punto de carga cero (PZC) a un valor de pH de 2.5, siendo negativa su superficie a valores de pH más altos debido la formación de arseniatos y sulfatos (9)
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Figura 3. Espectros en infrarrojo de arsenopirita en contacto con xantato isopropílico de sodio a una concentración de 10 -3 M. (a) pH 4 (b) pH 6, (c) pH 8, (d) pH 11. Figura 1. Potencial en reposo de arsenopirita en función del pH en ausencia y presencia de xantato isopropílico de sodio.
En presencia del colector xantato isopropílico, el valor de PZC no se altera, ni los valores de potencial zeta en condiciones ácidas y básicas cuando la concentración del colector es menor a 10 -4 M. A concentración mayor de 10 -4 M, el potencial zeta de la arsenopirita se convierte en más negativo en el intervalo de pH de 3 a 9. Este incremento en el valor negativo del potencial zeta de la arsenopirita a altas concentraciones de xantato, se presenta en la Figura 3, al valor de pH de 6. La invariabilidad del potencial zeta de la arsenopirita a bajas concentraciones de xantato indica que este colector se está adsorbiendo sobre la arsenopirita como una especie eléctricamente neutra, que debe ser el dixantogenato isopropílico. Cuando la concentración de xantato se incrementa, el colector se adsorbe como anión, posiblemente sobre el dixantogenato isopropílico adsorbido sobre la arsenopirita, convirtiendo el potencial zeta en más negativo.
2. Depresión de Arsenopirita El empleo de agentes oxidantes tal como el peróxido de hidrógeno, para prevenir la flotación de arsenopirita con colectores xantato está basado en la formación de hidróxido de fierro y arseniatos en la superficie del mineral que impiden la reacción electroquímica de oxidación del xantato (2,3,5,10). La oxidación de arsenopirita se ha estudiado bajo dos distintas condiciones de pH empleando H 2O2 como agente oxidante. Los valores de pH a los cuales se ha oxidado la arsenopirita han sido pH 6 y 11. La figura 11 presenta los valores de potencial de reposo en función del pH para la arsenopirita oxidada a pH 6 y pH 11 por distintos tiempos: 5, 15 y 30 minutos. Se nota que los valores de Eh son más anódicos y se encuentran en las regiones de Eh-pH donde las especies de arsénico, azufre y hierro están en su estado de máxima oxidación como H2AsO4-, HAsO42-, SO42- y Fe(OH)3; indicando, por tanto que se forman estas especies como resultado de la oxidación de arsenopirita.
Figura 2. Potencial zeta de arsenopirita en función del pH y a dife rentes concentraciones de xantato isopropílico de sodio.
En estudios en infrarrojo se observa que la arsenopirita en contacto con el xantato isopropílico proporciona bandas de absorción que dependen del valor de pH. La figura 3 de (a) a (d) muestra espectros a valores de pH de 4, 6, 8 y 11, respectivamente, a una concentración 10 3 M de xantato. Hasta pH de 8, se nota la presencia de bandas de absorción características del enlace S-S, que se presentan en 1008, 1215 y 1740 cm-1 (8) A pH de 11, no se observa ninguna banda de absorción que indique la presencia de xantato o dixantogenato.
Figura 4. Diagrama Eh-pH para arsenopirita. Los círculos llenos indican el valor del potencial de oxidación de arsenopirita a pH de 6 y 11, con 2x10 -4 M H 2O 2 .
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La flotación de arsenopirita con el colector xantato isopropílico está definitivamente asociada a la oxidación del colector a dixantogenato en la superficie del mineral, siendo el pH, la concentración del colector y la oxidación de la superficie, los factores determinantes para la oxidación del colector y consecuentemente para la flotabilidad del mineral (6,7). El efecto de pH en la recuperación de arsénico para varias dosificaciones del colector, se presenta en la Figura 5; los valores de potencial correspondientes a los estudios de flotación se presentan en la figura 6, donde también se muestra el potencial de oxidación del xantato isopropílico a dixantogenato isopropílico, indicado por las líneas punteadas. Estos valores de potencial de oxidación se determinaron con la ecuación de Nernst
Figura 5. Efecto del pH en la flotación de arsenopirita a diferentes concentraciones de xantato isopropílico de sodio.
En todos los casos de pH, la recuperación de arsénico disminuye cuando se oxida la pulpa en condiciones que favorecen la formación de hidróxido férrico así como de iones arseniato y sulfatos en la superficie de arsenopirita, por lo que la flotación de este mineral se puede controlar mediante este proceso de oxidación la cual evita la oxidación de xantato a dixantogenato.
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CONCLUSIONES
1. Cuando la arsenopirita se encuentra en una solución acuosa, se forman en su superficie las especies de fierro [Fe(OH)3(s)], de azufre [SO42-] y de arsénico [H2AsO4- y HAsO42-]. La formación de estas especies depende del pH y del potencial de oxido-reducción. 2. El colector xantato isopropílico se adsorbe sobre la superficie de arsenopirita por una reacción de oxidación del colector y una reacción de reducción de oxígeno, por medio del cual se forma dixantogenato líquido sobre la superficie de arsenopirita. 3. La formación de dixantogenato isopropílico sobre la superficie de arsenopirita, no modifica el potencial electrocinético del mineral, el cual se convierte en más negativo por la adsorción de ion xantato sobre el dixantogenato adsorbido en la superficie. 4. La formación de dixantogenato isopropílico sobre la superficie de arsenopirita es la responsable de la flotabilidad del mineral, dado que la arsenopirita flota eficazmente en las regiones de pH, potencial de óxido-reducción y concentración de colector donde se ha definido que se forma el dixantogenato en la pulpa mineral. 5. La flotación de arsenopirita se evita a valores de pH de 11 y bajas concentraciones de colector xantato isopropílico, sin la adición de H2O2 para oxidar la pulpa de flotación, dado que bajo estas condiciones se tiene la formación de Fe(OH)3(s), SO42-, H2AsO4- y HAsO42en la superficie del mineral, los cuales interfieren con la oxidación del colector en la superficie del mineral. La formación de las especies oxidadas de fierro, azufre y arsénico se ha comprobado con estudios de espectroscopía en infrarrojo, electrocinéticos y con el diagrama EhpH de arsénico, azufre y fierro. 6. La formación de las especies oxidadas Fe(OH) 3(s), SO42-, H2AsO4- y HAsO42-, se promueve con la oxidación de la pulpa a valores de potencial determinados por el diagrama de Eh-pH para el arsénico, azufre y fierro. Al oxidar la pulpa con H2O2, a valores de potencial de oxido reducción que se encuentran en la región de las especies oxidadas de fierro, azufre y arsénico, se evita la formación de dixantogenato en la superficie de arsenopirita, deprimiendo así al mineral. A pH de 4, esta depresión se logra cuando el potencial de oxido reducción en la pulpa es mayor a 450 mV(SHE) A valores de pH de 8 y 11, la depresión es posible con un potencial mayor de 200 mV(SHE). AGRADECIMIENTOS
Este proyecto de investigación se desarrolló gracias al apoyo económico otorgado por Fondo de Apoyo a la Investigación a través del
Figura 6. Efecto del ORP en la flotación de arsenopirita a diferen tes valores de pH.
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Convenio C99-FAI-05-8.24 (UASLP). BIBLIOGRAFÍA
Allison S.A., Goold L.A., Nicol, M.J., y Granville A., 1972, Determination of the Products of Reaction between various Sulfide Minerals and Aqueous Xanthate Solution, and a Correlation of the Products with Electrode Rest Potentials: Metallurgical Transactions B, Vol.3, p. 2613-2618. Beattie M.J.V., y Poling, G.W., 1988, Flotation Depression of Arsenopyrite through use of Oxidizing Agents: Trans. Institution of Mining and Metallurgy C, No. 97, p. C15-C20. Beattie M.J.V., y Poling, G.W., 1987, A Study of the Surface Oxidation of Arsenopyrite using Cyclic Voltametry: International Journal of Mineral Processing, No.20, p. 87-108. Draskic D., Gifing, M.M., y Pavlica, J., 1982, Possibility of Arsenic Content Reduction in Pyrite Concentrate by Flotation Concentration Process: XIV International Mineral Processing Congress. October, Toronto Canada, Canadian Institute of Metallurgy, p. IV.5.1 - IV-5-13. González Chávez, J.L., y Bessiere, J., 1989, Influencia de los Oxidantes Sobre la Flotación de la Arsenopirita y de la Pirita: XI Encuen
tro de Investigación Metalúrgica. Instituto Tecnológico de Saltillo, Noviembre, Saltillo, Coah, p. 224-241. López Valdivieso, A., y Ojeda Escamilla, C., 1995, Control de Arséni co en Concentrados de Sulfuros Metálicos: México, XXI Convención AIMMGM, Memorias. López Valdivieso, Ojeda Escamilla y Lara Orozco, 1994, Flotación de Arsenopirita con Colectores Xantato: Geomimet, XXI Épo ca, Julio/Agosto, No.190, p. 9-21. Ojeda Escamilla, C., 1997, Oxidación de Arsenopirita y su efecto en la flotación con el colector Xantato Isopropílico de Sodio: UASLP, Facultad de Ciencias Químicas, Tesis de Maestría. Pourbaix, M., y Muylder, J.V., 1957, Eh-pH Diagrams. Arsenic. Shortened and adapted version of the Rapport technique RT of Cebelcor, Section 18.3, p. 516-522. Vreudge, M.J.A., 1982, Flotation Characteristics of Arsenopyrite: Canada, The University of British Columbia, Faculty of Graduate Studies, Department of Mining and Mineral Process Engineering, Thesis of Doctor of Philosophy, p. 1-57.
