Pretreatment to the leaching of copper sulphides minerals in oxidizing media

Abstract

La producción chilena de cobre procede de la hidrometalurgia y la concentración; el concentrado de cobre es tratado tradicionalmente mediante pirometalurgia. De acuerdo a Cochilco, el cobre producido en el año 2019, vía hidrometalurgia, fue un 27.3% del cobre chileno producido. Sin embargo, se prevé que esta aporte baje a un 11.6% para el año 2029, debido al agotamiento de los óxidos de cobre y la aparición de los sulfuros, principalmente calcopirita, siendo este mineral refractario a condiciones convencionales de lixiviación.

Una opción para mejorar la eficiencia de lixiviación es el pretratamiento, especialmente el efecto del tiempo de curado. Esta variable mejora la cinética de disolución, principalmente en minerales sulfurados de cobre, sin embargo, existe escasa investigación al respecto. Estudios sobre el pretratamiento evalúan el efecto en la eficiencia de lixiviación pero no antes. Además, las reacciones que gobiernan estos fenómenos no han sido identificadas. Así, el objetivo de esta tesis es la evaluación del efecto del curado ácido en la extracción de cobre desde minerales sulfurados en condiciones oxidantes y en la presencia de cloruro.

Muestras puras de calcopirita, calcosina y un mineral industrial de mina han sido utilizadas. Se desarrollaron pruebas evaluando el efecto del tiempo de curado y la concentración de KNO3, NaCl y H2SO4 y analizadas por ANOVA (calcopirita). Los productos formados en el pretratamiento (aglomerados) se caracterizaron utilizando diversas técnicas, tales como: Difracción de rayos X, Microscopio electrónico de barrido y Microscopia de luz reflejada. Además, el efecto del pretratamiento ha sido evaluado en la eficiencia de lixiviación a varias temperaturas, los residuos de lixiviación también han sido caracterizados.

En el pretratamiento, el mineral de calcopirita y de mina, bajo las condiciones utilizadas en este estudio (15 kg/t of H2SO4, 25 kg/t of NaCl y 15 días de tiempo de curado), los siguientes productos fueron identificados: CuSO4, NaFe3(SO4)2(OH)6, Cu2Cl(OH) y S. Sobre la calcosina, bajo las condiciones utilizadas en este estudio, con 30 kg/t of H2SO4, 40 kg/t of NaCl y 7 días de tiempo de curado, los productos identificados fueron: Cu1.75S, Cu(OH)Cl, Na2SO4 and CuSO4. Finalmente, el pretratamiento mejora la eficiencia de lixiviación, entre 4 y 6%, alcanzando una extracción de cobre de 94% desde la calcopirita a 90 °C, fortaleciendo la hidrometalurgia como alternativa de tratamiento para minerales sulfurados de cobre.

Copper production in Chile is developed by hydrometallurgical and concentration; copper concentrates are traditionally treated by the pyrometallurgical route. According to Cochilco, copper produced in 2019 by hydrometallurgical process represent a 27.3% of Chilean total copper production. However, this contribution is estimated to decrease to 11.6% by 2029, due to the depletion of copper oxides and the appearance of copper sulphides, mainly chalcopyrite, being this mineral refractory to conventional leaching conditions.

An alternative to improve leaching efficiency is pretreatment prior to leaching, especially the effect of curing time. This variable can increases the kinetics of copper extraction, especially in sulphides ores, however, there is limited research about it. Studies on pretreatment evaluate the effect on leaching efficiency but not previous leaching. Furthermore, the reactions that govern this phenomenon have not been clearly identified. Therefore, the objective of this thesis is the evaluation of the effect of acid curing on the copper extraction from sulphides minerals in oxidizing media and in presence of chloride.

A pure sample of chalcopyrite, chalcocite and a mine ore were used. Tests evaluating the effect of curing time, KNO3, NaCl and H2SO4 concentration have been carried out. The chalcopyrite sample effect was evaluated by ANOVA. The product generated in the pretreatment (agglomerates) has been characterized using different characterization techniques, such as: X-Ray diffraction, Scanning Electron Microscopy and Reflection Optical Microscopy. Furthermore, the effect of pretreatment has been evaluated on the leaching efficiency at different temperatures, leaching residues have also been characterized.

In the pretreatment of the chalcopyrite sample and mine ore, under the conditions of 15 kg/t of H2SO4, 25 kg/t of NaCl and 15 days of curing time, the following products were identified: CuSO4, NaFe3(SO4)2(OH)6, Cu2Cl(OH) and S0. Regarding the chalcocite sample, under the conditions of with 30 kg/t of H2SO4, 40 kg/t of NaCl and 7 days of curing time, the following products were identified: Cu1.75S, Cu(OH)Cl, Na2SO4 and CuSO4. Finally, copper sulphides ore pretreatment improved leaching efficiency, between 4 and 6%, reaching a copper dissolution of 94% from chalcopyrite at 90 °C, strengthening the hydrometallurgy as an alternative treatment for copper sulphides ores.