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Virginia Sampaio T CiminelliKwadwo Osseo-asareHelio Anderson DuarteRogerio Magalhaes PaniagoVersiane Albis LeaoVanessa de Freitas Cunha LinsMaria Sylvia Silva DantasDaniel Majuste2019-08-11T16:24:40Z2019-08-11T16:24:40Z2011-04-24http://hdl.handle.net/1843/BUBD-93CF4EA calcopirita (CuFeS2) é o mineral de cobre mais abundante. A taxa de dissolução desse sulfeto em baixas temperaturas é lenta e tipicamente diminui com o tempo. A maioria dos estudos atribui essa cinética à formação de uma camada de produto insolúvel que impede o progresso da dissolução. Porém, o mecanismo de formação dessa camada, bem como sua natureza/efeito no processo não são completamente estabelecidos. Assim, o propósito desta tese foi investigar a taxa e mecanismos de dissolução de calcopirita em baixas temperaturasvisando aumentar a extração de cobre a partir de minérios calcopiríticos de baixo teor. Os resultados dessa investigação incluem evidências experimentais originais de que a formação de sulfeto deficiente em metais nas condições de pré-onda anódica (i.e., potenciais menores que o potencial crítico de CuFeS2: 0.75-0.90 V vs. SHE) contribui para a taxa lenta de dissolução do mineral. Resultados obtidos por espectroscopia Raman e difração de raios-X (DRX) em baixo ângulo, com radiação síncrotron, demonstraram que a sua oxidação envolve a formação de camada de bornita (Cu5FeS4), produto este que diminui a taxa de oxidação de calcopirita à 0.70 e 0.80 V vs. SHE. Camadas de enxofre elementar (S8) e covelita (CuS) também foram detectadas sobre eletrodos de CuFeS2. Enquanto a formação de CuS impediu o progresso da reação, nenhuma evidência associando a formação de S8 à diminuição da taxa de oxidação foi encontrada. Pela primeira vez, a transição in situ de CuFeS2 para tais produtos foi investigada por DRX resolvido no tempo, com radiação síncrotron. À 25 °C, nenhum produto foi detectado durante o tempo de reação adotado (10 h). Por outro lado, o efeito significativo da temperatura na taxa de dissolução do mineral foiilustrado. À 100 °C, observou-se a transição direta de CuFeS2 para CuS em potencial de pré-onda anódica (i.e., 0.75 V vs. SHE). Enxofre elementar fundido também foi detectado. Até então avaliado de forma qualitativa, o efeito galvânico de pirita (FeS2) fase presente em minérios de cobre na taxa de oxidação de CuFeS2 foi quantificado nesta tese. Quando associada à FeS2, a densidade de corrente de dissolução de CuFeS2 aumentou em até 2.6 e 2.2x, respectivamente, em soluções contendo 0.001 mol.L-1 O2 ou 0.05 mol.L-1 Fe3+, e ematé 1.6x na presença de ambos os oxidantes. Portanto, o maior efeito de FeS2 na taxa de oxidação de CuFeS2 foi observada em condições de baixa oxidação. Resumindo, a aplicação original de métodos eletroquímicos e técnicas ex situ e in situ de DRX permitiu uma avaliação detalhada do mecanismo de oxidação de CuFeS2, resultados essenciais ao desenvolvimento de processos de tratamento de minérios de cobre de baixo teor.Chalcopyrite (CuFeS2) is the most abundant copper mineral. The dissolution rate of this sulfide at low temperatures is slow and typically tends to decline with time. Most of the studies ascribe the slow kinetics to the formation of an insoluble layer, which prevents further mineral dissolution. However, the formation mechanism of this product layer andits nature/effects on the process are poorly understood. Thus, the purpose of this thesis was to investigate the rate and mechanisms of CuFeS2 dissolution at low temperatures aiming at enhancing Cu extraction from low-grade, chalcopyrite ores. The findings of the presentinvestigation provide experimental, original evidences that the formation of metal-deficient sulfides under anodic prewave conditions (i.e., potentials lower than the critical potential of CuFeS2: 0.75-0.90 V vs. SHE) contributes to the slow dissolution rate of this sulfide. Results by using Raman spectroscopy and ex situ synchrotron small angle X-ray diffraction(XRD) demonstrated that CuFeS2 oxidation involves the formation of an intermediate bornite (Cu5FeS4) layer, which declined the CuFeS2 oxidation rate at 0.70 and 0.80 V vs. SHE. Elemental sulfur (S8) and covellite (CuS) were also detected at 0.80-1.00 and 0.80 V vs. SHE, respectively. While the presence of CuS led to hindered dissolution, no evidence to link the formation of S8 to the diminution of CuFeS2 oxidation rate was found. For the first time, the in situ transition of CuFeS2 to the reaction products was also investigated by in situ synchrotron time-resolved XRD. At 25 °C, no reaction product was detected up to10 h. On the other hand, the significant effect of temperature on the dissolution rate was illustrated. At 100 °C, a direct transition of CuFeS2 to CuS at anodic prewave potential (i.e., 0.75 V vs. SHE) takes place. Melted S8 was also detected under these conditions. So far evaluated qualitatively, the effect of pyrite (FeS2) mineral phase often found in copper sulfide ores on CuFeS2 dissolution was quantified in this thesis. When associated to FeS2, the dissolution current density of CuFeS2 increased by a factor of approximately 2.6 and 2.2, respectively, in solutions containing 0.001 mol.L-1 O2 and 0.05 mol.L-1 Fe3+, and by1.6 times in the presence of both oxidants. Therefore, more pronounced effect of pyrite on chalcopyrite oxidation rate was observed under the lower oxidizing conditions. In summary, this original application of electrochemical methods and ex situ and in situ synchrotron XRD techniques allowed a detailed discussion of the oxidation mechanism ofCuFeS2, which is essential to develop alternative processes for treating low-grade, copper ores.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEngenharia metalúrgicaTecnologia mineralEletroquímicaRadiação sincrotrônicacalcopirita OxidaçãoMateriais e de MinasEngenharia MetalúrgicaOxidação de calcopirita: investigação do mecanismo eletroquímico via difração de raios- X ex situ e in situ usando radiação síncrotron e quantificação do efeito galvânico da associação com piritainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINAL2011_tese_doutorado_ppgem_ufmg_daniel_majuste.pdfapplication/pdf3756439https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUBD-93CF4E/1/2011_tese_doutorado_ppgem_ufmg_daniel_majuste.pdf2fc0ff05c76c6c657222a40abc503b0fMD51TEXT2011_tese_doutorado_ppgem_ufmg_daniel_majuste.pdf.txt2011_tese_doutorado_ppgem_ufmg_daniel_majuste.pdf.txtExtracted texttext/plain381170https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUBD-93CF4E/2/2011_tese_doutorado_ppgem_ufmg_daniel_majuste.pdf.txt7eed3aac005f1147ff185a0bb944b803MD521843/BUBD-93CF4E2019-11-14 08:18:31.89oai:repositorio.ufmg.br:1843/BUBD-93CF4ERepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T11:18:31Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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