Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:43:51Z : No. of bitstreams: 1 143229.pdf: 1521892 bytes, checksum: cce3f741cd08d6824f7507dff68a9fd4 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:54:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 320778.pdf: 2405244 bytes, checksum: c6b5d721afb66fee0d28551ba0b98ea9 (MD5) Previous issue date: 2013 / O carvão é uma das maiores fontes de energia não renovável do pais. Para cada tonelada de carvão lavrada, são gerados aproximadamente 60% de resíduos sólidos compostos, principalmente, por pirita (FeS2). Tal material apresenta várias possibilidades de utilização, podendo ser precursora de produtos comoenxofre, fertilizantes e hematita.Nos últimos anos, uma série de estudos relacionados a pirita tem sido publicado, porém informações referentes a cinética, mecanismos e produtos de reações apresentam os mais variados resultados. Essa dissertação teve como objetivo estudar a cinética das reações de decomposição e oxidação da pirita fazendo uso do método de Friedman. Este método utiliza dados experimentais de perda de massa por termogravimetria para determinar a energia de ativação das reações. Para tanto, amostras de pirita foram submetidas a análises termogravimétricas utilizando diferentes taxas de aquecimento ? 2.,5, 5, 7.,5 e 10 K.min-1 ? e em atmosferas inerte e oxidante.As amostras utilizadas no estudo foram caracterizadas através de análises química e mineralógica e avaliação das propriedades magnéticas. Os resultados de energia de ativação calculados concordam comresultadosencontrados na literatura, sendo de aproximadamente 280 kJ.mol-1 para atmosfera inerte e 930 kJ.mol-1 para atmosfera oxidante. <br> / Abstract : Coal is a major source of non-renewable energy in the country. For each ton of coal extracted, approximately 60% of solid waste aregenerated composed mainly of pyrite (FeS2). Such materials have many potential uses, and can be a precursor of products such as sulfur, fertilizers and hematite. In recent years, a number of studies relating to pyrite has been published, but informations regarding the kinetic mechanisms and reaction products have the most varied results. This dissertation aims to study the kinetics of the decomposition and oxidation reactions of pyrite by making use of Friedman?s method. This method uses experimental data of mass loss by thermogravimetry to determine the activation energy of reactions. For this purpose, samples of pyrite were subjected to thermogravimetric analysis using different heating rates ? 2.5, 5, 7.5 and 10 K.min-1 ? and in inert and oxidizing atmospheres. The samples used in the study were characterized by chemical and mineralogical analysis and evaluation of the magnetic properties. The activation energy calculated from Friedman's method agreewith data in the literature, being approximately 280 kJ.mol-1 for inert atmosphere and 930 kJ.mol-1 for oxidizing atmosphere.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Curso de Pós-Graduação em Química. / Made available in DSpace on 2012-10-19T10:01:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T21:04:57Z : No. of bitstreams: 1 179676.pdf: 8888511 bytes, checksum: df990ae82777f61ebf059fb7901d41ba (MD5) / A velocidade de adsorção do C2XK sobre pirita é controlada pelo transporte de massa da solução para a interface sólido - líquido envolvendo difusão externa, e o composto que se adsorve é o produto da oxidação do xantato, o dímero dietildixantogênio (C2X)2. O efeito do aumento da cadeia carbônica utilizando o etilxantato de potássio, C2XK, o butilxantato de potássio, C4XK e o octilxantato de potássio, C8XK foi avaliado na adsorção; no ângulo de contato da interface pirita - xantato - ar; e na porcentagem recuperada de pirita adsorvida com diferentes quantidades dos xantatos por flotação. O ângulo de contato na interface pirita - xantato - ar, foi medido usando o método da captura da bolha. Devido a adsorção dos xantatos a superfície da pirita muda de hidrofílica, q = 0o, para hidrofóbica, q = 90o. Há um aumento no ângulo de contato com o aumento da concentração dos xantatos. As isotermas de adsorção estão de acordo com as medidas do ângulo de contato. A quantidade de moléculas de xantato adsorvida necessárias para a saturação da superfície da pirita diminui com o aumento da cadeia carbônica, ultrapassando o valor da monocamada. A afinidade e a velocidade de adsorção aumentam com o aumento da cadeia carbônica. Para o C4XK e para o C8XK com o aumento da concentração foi possível observar a presença de dois processos de adsorção paralelos. A flotação da pirita com tamanho de 0,105 - 0,125 mm de diâmetro e com fluxo de gás de 0,5 L/min. ocorre sem xantato adsorvido, sendo que somente 30% é recuperada em 1800 segundos de flotação. A eficiência da recuperação da pirita adsorvida aumenta cerca de 8,50 vezes com o aumento da cadeia carbônica.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / 23/07/2024

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / El presente trabajo de investigación tiene por objetivo estudiar la disolución de pirita en medio cloruro con ion cúprico mediante técnicas cinéticas y electroquímicas, para establecer el mecanismo de la disolución de pirita en medio cloruro, utilizando ion cúprico como agente oxidante. Para ello se evaluó el efecto de factores como la temperatura y la concentración de ion cúprico en el proceso y se determinó los parámetros cinéticos según el modelo del núcleo sin reaccionar, los parámetros cinéticos electroquímicos y la estequiometría que siguió la reacción. Adicionalmente se estableció la cinética de oxidación del ion cuproso. Los ensayos de lixiviación de pirita en medio cloruro con ion cúprico fueron realizados en un reactor con volumen efectivo de 1 L durante 250 horas. Cuando se evaluó el efecto del ion cúprico, las concentraciones utilizadas fueron: 0,05M Cu2+; 0,25 M Cu2+ y 0,50 M Cu2+ a 65°C y cuando se evaluó el efecto de la temperatura, las temperaturas utilizadas fueron: 50°C, 65°C y 80°C a 0,05 M Cu2+. En este mismo sistema se realizaron los experimentos de oxidación de ion cuproso bajo las mismas condiciones de concentración y temperatura, durante 40 horas. Los ensayos cronoamperométricos se realizaron en una celda de dos compartimientos (anódico y catódico), donde se utilizó partículas de pirita como electrodo de trabajo, un electrodo de referencia Ag/AgCl (3 M KCl) y un contra electrodo de oro. La disolución electroquímica se realizó durante 24 horas a un potencial de 0,54 y 0,60 V vs Ag/AgCl y a 65°C. Los ensayos de polarización de la pirita se realizaron en una celda de vidrio de tres electrodos. El electrodo de trabajo utilizado fue un electrodo masivo de pirita, el electrodo de referencia fue Ag/AgCl (3 M KCl), el contra electrodo fue de platino. El barrido de potencial fue desde el potencial de reposo a 1,20 V vs Ag/AgCl. Los resultados de los ensayos de lixiviación de pirita en medio cloruro con ion cúprico permitieron establecer que el aumento de la concentración del ion cúprico y de la temperatura, tuvieron un efecto positivo sobre la disolución de este mineral. Además se pudo establecer que este proceso se rige por un mecanismo electroquímico, debido a que se encuentra fuertemente influenciado por el potencial que se establece en el sistema. Los resultados de los ensayos de oxidación de ion cuproso en medio cloruro indicaron que la temperatura fomenta la regeneración del agente oxidante (oxidación del ion cuproso), mientras que el aumento de la concentración de este ion la dificulta. Los experimentos cronoamperométricos permitieron determinar los electrones involucrados en la reacción de disolución de la pirita en medio cloruro y en base a la estequiometría propuesta (Reacción 5.1) se estableció los coeficientes estequiométricos a cada potencial evaluado. Los resultados de los experimentos de polarización anódica de la pirita revelaron que para un potencial dado la velocidad de disolución de la pirita aumentó a medida que se incrementó la concentración de ion cúprico y la temperatura en la solución pasivante y en el barrido de potencial. Por otro lado, la reducción del ion cúprico en la superficie de la pirita para un potencial dado la velocidad de reducción disminuyó a medida que se incrementó la concentración de ion cúprico del electrolito, mientras que esta velocidad aumentó a medida que se incrementó la temperatura.

Ingeniero Civil Químico / La flotación es uno de los procesos comúnmente utilizados en la separación selectiva de minerales sulfurados de cobre de origen. Al respecto, la activación de pirita por iones Cu(II), Fe(II), Ca(II) y Pb(II), es uno de los fenómenos superficiales que interviene en la disminución del porcentaje de cobre en el concentrado. En consecuencia, caracterizar el fenómeno y conocer las variables que intervienen en él resulta contingente. El presente trabajo tiene por objetivo determinar el efecto de la especiación del agua sobre la activación de pirita en condiciones relacionadas con operaciones de flotación a escala industrial. Específicamente, se busca estudiar a nivel de laboratorio el mecanismo de activación y las condiciones que la desfavorecen, para luego aplicar lo aprendido a la evaluación de la activación de pirita en una planta de flotación industrial chilena. La metodología utilizada para caracterizar el fenómeno de activación, requirió el uso de la técnica de espectrometría fotoelectrónica de rayos X (XPS) y de un correcto protocolo de preparación de muestra que evita sobreoxidaciones de la misma. Junto con lo anterior, se llevó a cabo un estudio de potencial de circuito abierto de un electrodo de pirita en conjunto con estudios acerca de su hidrofobización. Los resultados del estudio arrojaron que la activación se produce debido a la reducción de los iones Cu(II) presentes en la solución a Cu(I), donde las condiciones que desfavorecen la activación están dadas por valores de pH ácido y la sobresaturación de Cu(OH)2. En efecto, la presencia de especies insolubles de Cu(OH)2 genera una disminución en la activación. La especiación del agua interviene en la precipitación de especies de otros iones como el Ca(II) que modifican la superficie de la pirita, desactivándola. Se constató una posible activación de pirita en el circuito de una planta de flotación chilena en etapas posteriores a la flotación Rougher, donde corrientes de origen ácido y básico al ser mezcladas, generan las condiciones promotoras para la activación de la pirita.

El presente trabajo de título tiene como principal objetivo caracterizar el comportamiento de la bacteria termófila moderada Sulfobacillus acidophilus en la biolixiviación de pirita, evaluando para ello su capacidad de biolixiviación y adherencia al mineral con el objetivo de determinar el mecanismo de biolixiviación más relevante. De esta forma, se busca contribuir a una potencial mejor comprensión de dicho microorganismo en la biolixiviación de pirita. Para lo anterior se utilizaron cultivos en matraces agitados a 45°C, con una cepa pura de Sulfobacillus acidophilus DSMZ 10332, en pirita pura extraída por medio de flotación de relaves de Minera Escondida, con una concentración inicial de ión ferroso de 1 g/L y extracto de levadura como fuente de carbono para su desarrollo. Se monitorearon periódicamente el pH y Eh de los cultivos, se midieron las concentraciones de ión ferroso, hierro total y sulfato en solución, junto con el hierro total y precipitado, tanto en la solución como en la superficie del mineral por medio de digestión con ácido clorhídrico. Junto con lo anterior, se realizó conteo de células planctónicas y células adheridas al mineral por medio de tinción con DAPI y observación en microscopio de Epifluorescencia. Los resultados indicaron que el proceso de biolixiviación de pirita por Sulfobacillus acidophilus a 45°C estuvo controlado principalmente por la reacción de lixiviación del mineral, que el mecanismo de biolixiviación fue el cooperativo y que se requerirían unos 283 días para la completa disolución del mineral. Asimismo, mostraron que esta bacteria termófila moderada posee una alta capacidad hierro-oxidante y de adherencia a la superficie de la pirita, la cual llegó al 72%. En el proceso de biolixiviación de pirita por Sulfobacillus acidophilus a 45°C se logró obtener una recuperación de hierro del 18,4%, mientras que en un estudio anterior con la bacteria mesófila Acidithiobacillus ferrooxidans y a una temperatura de 30°C, se alcanzó un 23% de recuperación. De esta forma, pese al aumento de la temperatura, en el proceso de biolixiviación por S. acidophilus no se obtuvo una mayor disolución del mineral, debido principalmente al alto grado de formación de precipitados de hierro como hidróxidos y/o jarositas, ocasionado por la alta temperatura utilizada y los valores de pH alcanzados durante el proceso. No obstante, en la biolixiviación de pirita a 45°C se obtuvo una mayor disolución del mineral en presencia de S. acidophilus, que en la lixiviación química. Por lo anterior, se considera que dicha bacteria contribuye a lograr mayores tasas de disolución de pirita, y se recomienda llevar a cabo el proceso a menores valores de pH (entre 1,0 y 1,4), para disminuir la formación de precipitados del ión férrico y lograr una mayor disolución del mineral.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / En el presente trabajo se caracterizó el efecto galvánico de la pirita sobre la disolución de la calcopirita con ion férrico a partir de la caracterización electroquímica detallada de los subprocesos anódicos y catódicos involucrados en la lixiviación férrica de cada uno de estos sulfuros. El estudio electroquímico se efectuó en una celda electroquímica de tres electrodos, usando como referencia Ag/AgCl, contra electrodo de platino y como electrodos de trabajo cristales de calcopirita y pirita con una pureza de 98% y 99%, respectivamente. Como electrolito se usó soluciones de ácido sulfúrico a pH 1,2 conteniendo concentraciones de Fe(III) en el rango 0,009-0,036 M y concentraciones de Fe(II) en el rango 0,009-0,054 M. Se operó a 25°C bajo atmósfera de nitrógeno. Los resultados mostraron que la cinética de la disolución anódica de calcopirita y pirita está controlada por transferencia de carga y se puede describir por la ecuación de Tafel. La corrientes de intercambio de esta reacción es del mismo orden de magnitud en ambos sulfuros, 5,08 x 10-8 y 1,38 x 10-8 A/cm2 para calcopirita y pirita, respectivamente. La cinética de la reducción de ion férrico sobre calcopirita está controlada por transferencia de carga y sobre pirita por transferencia de carga y masa, este último fenómeno estando asociado a la difusión de ion férrico. Sin embargo, la corriente de intercambio de la reducción de férrico sobre pirita es dos órdenes de magnitud mayor que para el caso sobre calcopirita, 10-4 vs 10-6 A/cm2. La caracterización electroquímica detallada de los subprocesos anódicos y catódicos involucrados en el sistema, indica que el efecto galvánico de la pirita sobre la lixiviación de calcopirita se sustenta principalmente en el alto valor de la corriente de intercambio de la reducción del ion férrico sobre pirita, del orden de 10-4 A/cm2. De este modo, cuando la calcopirita está asociada a pirita, se elimina la etapa limitante de su disolución asociada a la reducción de ion férrico sobre calcopirita, cuyos valores de corriente de intercambio dos órdenes de magnitud menor que sobre pirita. Consistente con este hecho, se observa que el efecto galvánico de la pirita aumenta notoriamente con el aumento de la razón Fe(III)/Fe(II) en solución y el aumento de la razón de área pirita/calcopirita. Sin embargo, para una razón Fe(III)/Fe(II) dada el efecto galvánico no es fuertemente afectado por el aumento de la concentración de hierro total en solución.

Magíster en Ciencias, Mención Geología / Los sulfuros son minerales comunes en sistemas geotermales activos y fósiles. Estudios recientes han mostrado que la composición y texturas de la pirita, el sulfuro más común en estos sistemas, puede entregar información clave para dilucidar la evolución de sistemas hidrotermales. A pesar de estos avances, las concentraciones y límites de incorporación de metales y metaloides en pirita de sistemas geotermales andinos no han sido acotados de manera adecuada, y la relación entre las características composicionales y micro-texturales de la pirita con procesos fisicoquímicos específicos, como puede ser la ebullición, aún es un aspecto poco estudiado. En función de lo anterior, en este estudio se examinan las características composicionales y micro-texturales de la pirita del Sistema Geotermal Cerro Pabellón (SGCP), campo geotermal activo ubicado en el Altiplano del norte de Chile. Se integran datos de análisis por microsonda electrónica (EMPA) y por espectrometría de masas por plasma inductivamente acoplado utilizando ablación láser (LA-ICP-MS) con observaciones texturales de pirita y minerales de ganga asociados, en muestras obtenidas de un testigo de sondaje (~500 m) que atraviesa las zonas de alteración argílica, sub-propilítica y propilítica del SGCP. Además, se realizó análisis de componentes principales para inspeccionar la base de datos composicional de pirita. Las concentraciones de metales preciosos (Au y Ag), metales base (Cu, Co, Ni y Pb) y metaloides (As, Sb, Se, Bi y Tl) en la pirita del SGCP son significativas. Entre éstos, As, Cu y Pb son los más abundantes, con concentraciones que varían entre algunas ppm hasta niveles de wt% (hasta 4,4 wt% de As, 0,5 wt% de Cu y 0,2 wt% de Pb). La pirita formada durante ebullición vigorosa se caracteriza por tener concentraciones mayores de As, Cu, Pb, Ag y Au, y menores de Co y Ni en comparación con pirita formada en condiciones diferentes. Estos granos de pirita son anhedrales a euhedrales, localmente con textura porosa con abundantes inclusiones minerales, sugiriendo una formación por cristalización rápida. Por otro lado, la pirita formada en condiciones de ebullición suave, o de no-ebullición, se caracteriza por tener concentraciones relativamente mayores de Co y Ni, y menores de As, Cu, Pb, Ag y Au. Texturalmente, estas piritas forman agregados de cristales euhedrales y prístinos, con escasos poros e inclusiones minerales, sugiriendo una formación bajo condiciones fisicoquímicas más estables. Estos resultados sugieren que la geoquímica de la pirita de sistemas geotermales posiblemente es controlada por la incorporación de elementos a partir de los fluidos hidrotermales una vez que se alcanzan condiciones de saturación. Finalmente, se muestra que la pirita, además de poder registrar la evolución composicional de los fluidos hidrotermales, también puede proveer información crítica sobre procesos fisicoquímicos como ebullición y separación de fases. Dado que la ebullición de fluidos acuosos es un fenómeno común en sistemas geotermales activos y fósiles (depósitos epitermales de Au-Ag), estos resultados resaltan el potencial uso de la pirita como una herramienta complementaria para explorar la evolución geológica de sistemas geotermales activos, y también para vectorizar hacia mineralización de Au-Ag relacionada a ebullición en depósitos epitermales de baja a intermedia sulfuración. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA), proyecto FONDAP-CONICYT 15090013, y por el Núcleo Milenio Trazadores de Metales NC130065

Doctor en Ingeniería de Minas / La flotación es el proceso que consume más agua dentro de la mina. Debido a la escasez de agua que afecta actualmente a la zona centro y norte de Chile, algunas empresas mineras han empezado a usar agua de mar en la flotación. En los depósitos de cobre y molibdeno es usual encontrar cantidades considerables de pirita (FeS2). Cuando este tipo de minerales se procesa mediante flotación, la pirita es deprimida utilizando cal para aumentar el pH a condiciones alcalinas (pH 10 - 12). El pH natural del agua de mar está entre 7.8 y 8.2 y actúa como una solución buffer. Por esta razón, el consumo de cal aumenta dramáticamente cuando se usa agua de mar en el proceso de flotación. Además, la recuperación de molibdenita se ve afectada a pH>9.5 debido a la precipitación de iones secundarios (magnesio, sulfato, calcio y bicarbonato) presentes en el agua de mar sobre la superficie mineral. En el presente trabajo se evaluó el uso de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans como depresante de pirita en reemplazo de la cal en la flotación con agua de mar. Además, para tener un mayor entendimiento de los mecanismos envueltos en la depresión de la pirita con A. ferrooxidans, se realizaron experimentos de cinética de adherencia, ángulo de contacto y se evaluó el efecto de la secuencia de acondicionamiento con colector y bacterias. Se realizaron bioflotaciones de minerales puros en una celda Hallimond utilizando agua fresca, agua con 35 g/l de NaCl (concentración de sal en el agua de mar) y agua de mar. Se determinó que la recuperación de pirita es fuertemente afectada con la presencia de A. ferrooxidans en los tres tipos de agua estudiados. Cuando se realiza un acondicionamiento previo con A. ferrooxidans, la recuperación de pirita cae desde valores cercanos a 100% hasta 24% en agua fresca, 34% en agua con NaCl y 36% en agua de mar a pH 8. Por otro lado, se determinó que la bacteria tiene un efecto despreciable en la flotabilidad de calcopirita y molibdenita, obteniendo recuperaciones siempre sobre el 90%. Se determinó que las bacterias tienen un mejor desempeño como depresante cuando se agregan antes del colector. Los resultados muestran que es posible deprimir selectivamente pirita con A. ferrooxidans en agua de mar a pH natural. / Este trabajo ha sido financiado por AMTC y CODELCO