informe final de eliminacion de arsenico

“ALTERNATIVAS DE ELIMINACIÓN DEL ARSENICO DE LOS MINERALES CONCENTRADOS DE COBRE Y

POLIMETALICOS EN LA ZONA DE NASCA”

(ALTERNATIVES FOR DISPOSAL OF ARSENIC MINERALS COPPER CONCENTRATES AND POLYMETALLIC AT NASCA ZONE)

INGº CESAR EDUARDO LUCERO MARTINEZ

RESUMEN

El arsénico es un metaloide altamente contaminante y tóxico . Su presencia es muy nociva en la metalurgia del cobre de tal manera que sus límites permisibles no deben superar el 0.5 % , ya que a valores mayores durante la fusión de los concentrados de cobre y polimetálicos , se desprende en forma de gases y corroen fácilmente los refractarios de los hornos , ocasionando pérdidas cuantiosas . En la actualidad en la Zona de Nasca hay muchos concentrados de cobre que se están obteniendo con elevados contenidos de arsénico lo cual impide su comercialización. Este trabajo pretende dar una alternativa de solución para estos casos que se presentan cada vez en mayor escala.

ABSTRACT

Arsenic is a toxic metalloid and highly polluting. Your presence is very harmful in the metallurgy of copper so that their permissible limits should not exceed 0.5%, as higher values during melting of copper and polymetallic concentrates, it appears in the form of gases and corrode easily refractory furnaces, causing losses. Currently in the Nasca area there are many copper concentrate being obtained with high arsenic content which prevents marketing. This work aims to provide an alternative solution for these cases are presented in increasingly larger scale.

MARCO TEORICO

El Arsénico

El arsénico se encuentra en muchas formas alotrópicas y tiene propiedades a

la vez metálicas y no metálicas.

Fue descubierto en el siglo XIII por Alberto Magno (aunque se cree que se

empleó mucho antes como adición al bronce para dar un acabado lustroso).

Paracelso (1493-1541) lo introdujo en la ciencia médica. Schroeder en 1649

publicó dos métodos de preparación del elemento.

El arsénico se presenta en forma natural en rocas sedimentarias y rocas

volcánicas (forma el 0,00005% de la corteza terrestre) y también en aguas

geotermales.

En la naturaleza se presenta con mayor frecuencia en forma de sulfuro de

arsénico (oropimente, As2S3) y arsenopirita (FeAsS), encontrándose éstos,

generalmente, como impurezas en depósitos mineros.

Arsenopirita (Panasqueira, Portugal)Oropimente (Estados Unidos)

Oropimente (Montes Urales, Rusia)

Propiedades químicas del arsénico

Símbolo As

ClasificaciónElementos nitrogenoides Grupo 15 Metaloide

Número Atómico: 33

Números de oxidación: -3, 0, +3, +5

Isotopos

1 isótopo natural 75As

32 inestables

cuya vida media oscila entre 0,09577sg (66As) y 80,3 días (73As)

El arsénico existe en cuatro estados de oxidación: –3, 0, +3 y +5. En la tabla se presenta las propiedades físicoquímicas de los compuestos de arsénico más comunes:

Compuesto FórmulaPunto de

fusión(°C)

Punto de ebullición

(°C)

Densidad(g/cm3)

Solubilidad en el agua

(g/L)

Arsénico As 613 --- 5,73 a 14ªC insoluble

Trióxido de arsénico

As2O3 312,3 465 3,74 37 a 20 °C

Pentóxido de arsénico

As2O5 315 --- 4,32 1500 a 16°C

Sulfuro de arsénico

As2S3 300* 300* 3,43 5x10-4

Ácido dimetilarsénico

(CH3)2AsO(OH) 200 --- --- 829 a 22 °C

Arsenato de plomo

PbHAsO4 720 --- 5,79 poco soluble

Arsenato de potasio

KH2AsO4 288 --- 287 190 a 16 °C

Arsenito de potasio

KH2AsO4 --- --- --- Soluble

* se descompone

Enargita

General

Categoría Minerales sulfuros

Fórmula química Cu3As S 4

Propiedades físicas

Color Blanco plateado con una pátina

superficial negra

Raya Negra

Lustre Metalizado

Transparencia Opaco

Sistema cristalino Ortorrómbico, piramidal

Hábito cristalino Cristales columnares rayados, o

masivo

Macla Muy común, en forma de estrella

Fractura Irregular

Dureza 3 (escala de Mohs)

Densidad 4,45 g/cm3

Propiedades ópticas Anisotropismo fuerte

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Enargite_huaron.jpg?uselang=es

Punto de fusión Fácilmente fusible

Solubilidad En ácido nítrico

Variedades principales

Enargita

argentífera

variedad con plata

La enargita es un mineral del grupo de los sulfatos, y dentro de estos al

subgrupo de la estannita. Químicamente es un sulfuro de arsénico y cobre.

Presenta como aspecto típico un hábito masivo negro, aunque también puede

adoptar la forma de cristales alargados rayados.

Fue descrita por primera vez en 1850 en Perú.1 Su nombre procede del griego

enarges, que significa distinto, por su exfoliación. Sinónimos en español muy

poco usados son clarita, garbita y guayacanita.

Es el extremo con arsénico de una serie de minerales de solución sólida en la

que el otro extremo es la famatinita Cu3SbS4 . Es polimorfo de la luzonita, con

su misma fórmula pero tetragonal.2

Ambiente de formación

La enargita es un mineral secundario formado en rocas metamórficas mediante

metamorfismo hidrotermal de temperatura media, por lo que aparece en vetas

hidrotermales.

Minerales asociados suelen ser: cuarzo, bornita, galena, esfalerita, tennantita,

calcocita, calcopirita, covellina, pirita y otros sulfuros.

FUNDAMENTO TEORICO PARA LA LIXIVIACION DEL ARSENICO

(BASADO EN UNA PATENTE AMERICANA QUE SE ENCUENTRA DE LIBRE DISPONIBILIDAD)

Para eliminar el contaminante de arsénico presente en los concentrados de

cobre y polimetálicos , una buena alternativa demostrada es la lixiviación de

estos materiales con una solución alcalina de bisulfuro de sodio (NaHS).

Las muestras de los concentrados utilizados estuvieron con una ley de cobre

en el rango del 10% hasta el 40 % .; y , con una ley de arsénico desd 0.8%

hasta 14 % en peso de Arsénico , estando presente la enargita como principal

mineral de arsénico (Cu3AsS4) .

Principales parámetros de Operación del proceso :

Temperatura : 80 ºC .

Presión : 1 atmósfera.

pH : 12.5 ó más.

NaHS : 50 grs./litro.

NaOH : 200 grs./litro

Tiempo : 10 minutos hasta 10 horas.

Granulometría Promedio : 80 % malla -150.

Tiempo de Lixiviacion vs leyes de arsénico en el mineral concentrado .

0.8 – 4 % de Arsénico : 1- 3 Horas de lixiviación

4 % - 10 % “ : 3- 6 Horas de lixiviación.

10 % - 14 % “ : 6- 10 Horas de lixiviación.

DILUCION : 1 SOLIDO / 2 LIQUIDO

REACCION PRINCIPAL :

Cu3AsS4(s) + NaOH(aq) + NaHS(aq) === Cu2S(s) + Na3AsS3(aq) + H2O(l)

El rendimiento promedio de esta reacción es mayor del 90 % . Es decir que

casi todo el arsénico se lixivia a un estado iónico As+3(aq) , formándose el

sulfuro cuproso en su gran mayoría (Cu2S(s) ).

PRUEBAS EXPERIMENTALES SELECCIONADAS

PRUEBA EXPERIMENTAL Nº 1


Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.



Tiempo de lixiviación : 1.5 horas.

Arsénico Inicial : 1 %

Arsénico Final : 0.2 %



Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.



Tiempo de lixiviación : 2 horas.





Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.









Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.






RESULTADOS

1. Podemos deducir que a esta concentración óptima de las

soluciones lixiviantes , el tiempo de lixiviación es directamente

proporcional al contenido de arsénico a eliminar.

2. El objetivo de la lixiviación del arsénico es llevarlo a límites

permisibles de comercialización , la cual es 0.5 % en los

concentrados de cobre y polimetálicos.

3. Es importante mantener la temperatura en este nivel ya que es

el punto óptimo de la lixiviación del arsénico.

4. Estos concentrados tienen una granulometría promedio del 80 %

malla – 150.

FUNDAMENTO TEORICO PARA LA TOSTACION DEL ARSENICO

El arsénico como hemos visto en sus propiedades químicas tiende a reaccionar

fácilmente con el oxígeno formando óxidos gaseosos tóxicos ; pero que

haciéndolos pasar por un lavador de gases formarían ácidos en solución que

se les podría dar alguna aplicación útil.

Esta alternativa pirometalúrgica lo realizamos a pequeña escala utilizando un

soplete lanzallamas , una bandeja metálica , una espátula y para hacer un

curado utilizamos una mezcla de agua oxigenada o peróxido de hidrógeno y

alcohol etílico. Para bajos contenidos de arsénico se obtuvieron alentadores

resultados ; pero , a mayores concentraciones tuvimos ciertas restricciones en

la remoción y altura de la cama formada.(2 centímetros de altura promedio).

PARAMETROS DE OPERACIÓN EN EL PROCESO PIROMETALURGICO

Granulometría del Mineral : 80 % malla -150.

Altura de la Cama : 1 – 3 centímetros.

Curado sobre el Concentrado : 10 % del peso del mineral(H2O2 + C2H5OH )

Arsénico : 1-10 %

Tiempo de Tostación : En serie de 3 ó más : 1 minuto de tostación con el

lanzallamas y 1 minuto de remoción del concentrado .

El % de eliminación promedio por este método ha sido del 85 % ejecutándolo

en serie de 5.

PRUEBAS EXPERIMENTALES SELECCIONADAS


Temperatura : 700-800 ºC .

Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.

H2O2 : 50 grs./litro.

C2H5OH : 50 grs./litro

Tiempo de Tostación : 10 minutos





Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.






RESULTADOS

1. Podemos deducir que por este método pirometalúrgico la

eliminación del arsénico es menos eficiente que por el método

hidrometalúrgico .

2. La cinética por este método es bastante rápida.

3. El problema principal por este método es la producción de

abundante gas tóxico que a un nivel macro serían de muy

grandes volúmenes lo cual implica implementar un sistema de

captación y tratamiento de estos gases.

4. Implementar este proceso implica una fuerte inversión.

5. Es importante mantener la temperatura en este nivel ya que es

el punto óptimo de la tostación del arsénico.


malla – 150.

ALTERNATIVA HIBRIDA PARA LA ELIMINACION DEL ARSENICO

(METODO PIROMETALURGICO + METODO HIDROMETALURGICO)

PRUEBAS EXPERIMENTALES HIBRIDAS SELECCIONADAS



Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.




Arsénico Inicial : 1.2 %



Temperatura : 90- 100 ºC .

Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.





Arsénico Final : 2 %



Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.





Arsénico Final : 6 %



Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.








Presión : 1

atmósfera.

Muestra : 1 Kgr.








Presión : 1

atmósfera.

pH : 12.5 ó más.






RESULTADOS

1. Podemos deducir que por un método híbrido (pirometalúrgico +

hidrometalúrgico), se obtuvieron mejores resultados .

2. Por el método híbrido mejoraron las eficiencias de eliminación del

arsénico así como la cinética del proceso .

3. En el método híbrido la parte pirometalúrgica es de calentamiento

y calcinación.


malla – 150.

CONCLUSIONES

1. Es posible la eliminación del arsénico presente en los concentrados de

cobre y polimetálicos .

2. El método hidrometalúrgico ofrece la ventaja de una mejor eliminación

del arsénico que el método pirometalúrgico.

3. En el método pirometalúrgico la cinética es mucho más rápida que en el

proceso hidrometalúrgico ; pero , es más contaminante por la gran

formación de gases.

4. El método híbrido es donde se obtienen los mejores resultados de

eliminación del arsénico , así como se mejora la cinética del proceso.

AGRADECIMIENTOS

Un agradecimiento especial al Sr. Miguel Aybar , propietario de las Empresas

Mineras : MIGUEL ANGEL SAC Y CCORI SONCCO SAC , por toda la

colaboración prestada en la realización del presente trabajo de investigación.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. RUDNICK, R.,L. and GAO, S. The crust. Holland,H.D. and Turekian, K.K.(ed.), Treatise of Geochemistry, Oxford, Elsevier-Pergamon, 2003,pp. 1–64.2. ROY, P. and SAHA, A. Metabolism and toxicity of arsenic: a humancarcinogen. Current Science, vol. 1, no. 82, 2002, pp. 38–45.3. MANDAL, B.K. and SUZUKI, K.T. Arsenic round the world: a review. Talantavol. 1, no. 58, 2002, pp. 201–235.4. GDHAGEN, L., KAHELIN, H., SCHMIDT-THOME, P., and JOHANSSON, C.Antropogenic and natural levels of arsenic in PM10 in Central andNorthern Chile. Atmospheric Environment, vol. 23, no. 36, 2002,pp. 3803–3817.5. KOZLOV, M.V. Sources of variation in concentration of nickel and copper inmountain foliage a nickel-copper smelter at Monchegorsk, North–WesternRussia: results of long- term monitoring. Environmental Pollution, vol. 1,no. 135, 2005, pp. 91 99.6. BEAVINGTON, F., CAWSE, P.A., and WAKENSHAW, A. Comparative stud-ies ofatmospheric trace elements: improvements in air quality near a coppersmelter. Science of the Total Environment, vol. 332, 2004, pp. 39–49.

7. SHANCHEZ DE LA CAMPA, A.M., DELAROSA, J.D., SANCHEZ-RODOS, D., OLIVEIRA,V., ALASTUEY, A., QUEROL, X., and GOMEZ ARIZA, J.L. Ar-senic speciation study of PM2.5 in an urban area near a copper smelter. Atmo-spheric Environment, vol. 26, no. 42, 2008, pp. 6487–6495.9. NIKOLIC, DJ., MILOSEVIC N., MIHAJLOVIC I., ZIVKOVIC Z., TASIC V., KO-VACEVIC R.,and PETROVIC N. Multi criteria analysis of air pollution with SOand PM10 in urban area around the copper smelter in Bor, Serbia. Water, Air, & Soil pollution, 2009, In Print.10. K ING, G.M. The evolution of technology for extractive metallurgy over thelast 50 years- is the best yet to Come? Journal of Metals, vol. 59, no. 2.2007, pp. 21–27.11. MIHAJLOVIC, I., STRBAC, N., ZIVKOVIC, Z., KOVACEVIC, R., and STE-HERNIK, M. A potential method for arsenic removal from copper concentrates. Minerals Engineering, vol. 20, 2007, pp. 26–33.12. D UKER, A.A., CARRANZA, E.J.M., and HALE, M. Arsenic geochemistry and health. Environment International, vol. 5, no. 31, 2005, pp. 631–641.

informe final de eliminacion de arsenico

Documents