“síntesis, caracterización y estudio cinético de descomposición y cianuración de jarositas...

Universidad Técnica de Esmeraldas – Luis Vargas TorresUniversidad Autónoma del Estado de Hidalgo (México)

“Síntesis, caracterización y estudio cinético de descomposición y

cianuración de jarositas argentíferas”.

Eleazar Salinas R., Eduardo Cerecedo S., Juan Hernández A., Franklin Reina, Rafael Plaza, Elizabeth Cachingre & María Potosí.

II Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología, Innovación y EmprendimientoOCTUBRE 2014. Guaranda - Ecuador

CONTENIDO• RESUMEN.

• ANTECEDENTES.

• COMPUESTOS JAROSÍTICOS SINTÉTICOS.

• RESULTADOS.

• INCORPORACIÓN DE ESPECIES TÓXICAS.

• CONCLUSIONES

• BIBLIOGRAFÍA.

• Caracterización.

3

• Síntesis de compuestos jarosíticos (Ag, NH4,Pb, Rb, K & Na)

• Tratamiento de efluentes contaminados conHg, Cr, Co y As.

• Estudio cinético de descomposición ycianuración alcalina.

• Comparación con una jarosita industrial.

• Incorporación de As en la estructura decompuestos jarositicos.

La familia de los compuestos jarosíticos estárepresentada por:

MFe3 (SO4)2 (OH)6

Donde M puede ser alguno de los cationessiguientes: H3O

+, Na+, K+, Rb+, Ag+, NH4+, Tl+,

½ Pb+ o ½ Hg+.

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Estos compuestos son de interés tanto paramineralogistas como para metalurgistas,principalmente para aquellos dedicados a laMetalurgia Extractiva.

Jarositas encontradas en la naturaleza:

J-H3O, J-Na, J-K, J-Ag, J-NH4 y J-Pb

5

6

Compuesto Referencia Resultados

Jarorita de plomo argentífera

Hydrometallurgy, 34 (1994) 279 -291

• Partículas esféricas cristalinas.• Cianuración; descomposición

(lenta) y complejación (rápida).• Cinética de núcleo decreciente y

control químico.• Ea = 51 a 105 kJ/mol• Ordenes de reacción que van de

0.4 a 1

Jarosita de Plata Hydrometallurgy55 (2000) 153 -163

• El proceso de la cinética es controlado por la reacción química.

• Orden de reacción de 0.6 para descomposición y 0.5 para cianuración

• Energías de activación 43 y 80 kJ/mol

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Compuesto Referencia Resultados

Jarosita Industrial Hydrometallurgy, 60 (2001) 237 -246

• Curvas de descomposición con periodos de inducción y conversión progresiva.

• Partículas de franklinita como núcleos.

• Ordenes de reacción, 1.1 (NaOH), 0.8 (NaOH/NaCN) y 0.15 (NaCN).

• Energías de activación 77 y 46 kJ/mol.

Jarosita de Amonio

Hydrometallurgy70 (2003) 153 –161

• Residuos Amorfos.• Los iones amonio pasan a la

solución y queda un residuo amorfo de hidróxidos.

• Proceso de control químico y mixto.

• Ordenes de reacción 0.4 y 0.65• Energías 70 y 26 (mayor [NaCN))

kJ/mol

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Compuesto Referencia Resultados

Jarosita deRubidio

Metallurgical and Materials TransactionVolume 23B, October2012, 1027 - 1033

• El periodo de conversión progresiva se caracteriza por la liberación de iones sulfato y rubidio a la solución.

• El proceso de descomposición presenta un orden de reacción de 0.94 y energía de activación de 91.3 kJ/mol

• Para la cianuración el orden fue de 0.62 y la energía de activación de 43.5 kJ/mol

9

Decomposition kinetics of Argentian Lead jarosite in NaOH Media. J. Mex. Chem. Soc., 2011, 55 (4), 208-213.

10

Characterization and alkaline decomposition-cyanidationkinetics of industrial ammonium jarosite in NaOH media. Hydrometallurgy 60 (2000) 237 – 246. E. Salinas et al.

11

Kinetics of alkaline decomposition and cyanidation of argentian ammonium jarosite in lime medium. Hydrometallurgy 70 (2003) 153 – 161. E. Salinas et al.

12

Kinetics of alkaline decomposition and cyaniding of argentian rubidium jarosite in NaOH medium. Metallurgical and Materials Transactions B, Volume 43B, October 2012, 1027 – 1033. E. Salinas et al.

Difracción de Rayos X.

13

14

15

Naturaleza de la Reacción

Naturaleza de la Reacción

16

17

Jarosita de Amonio

18

[MeAg] Fe2(SO4)2(OH)6 + OH(aq) Fe(OH)3(s) + Ag(OH) + Me(OH)(aq) + 2SO4(aq) + H2O

El arsénico es uno de los elementos químicos que causan severo daño a la naturaleza.

Técnicas de eliminación de arsénico.

Tecnología de las jarositas como medio alterno.

Estabilidad de los compuestos jarosíticos.

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Síntesis

20

Parámetro CantidadFe2(SO4)3 0.3mol/L

Na2SO4 0.2mol/L

As5+ 0.027mol/L = 5g/L

H2SO4 0.01mol/L → pH 2.1

Temperatura 92°C

Agitación 500min-1

Tiempo 24h

Caracterización.

21

EspecieComposición encontrada

(%)

Técnica de

análisis

Fe3+ 28.84 Volumetría

SO42- 41.83 Gravimetría

As5+ 0.56 EAA

Na+ 4.11 EAA

OH-

+H O++H O24.19 Diferencia

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo

Reacción de precipitación de la arsenojarosita de sodio:Na+ + 3Fe3+ + 2SO4

2- + 6H2O NaFe3(SO4)2(OH)6 + 6H+

xAsO43- + xH+ + NaFe3(SO4)2(OH)6 NaFe3(SO4)2(AsO4)x(OH)6-x(H2O)x + xSO4

2-

Fórmula química aproximada de la arsenojarosita de sodio sintetizada:

Na0.87(H3O)0.13Fe2.50(SO4)1.95(AsO4)0.05(OH)4.45(H2

O)1.55

Por simplicidad se toma:

NaFe3(SO4)2-x(AsO4)x(OH)6 = NaFe3(SO4)1.95(AsO4)0.05(OH)6

22

23

SEM - EDS

24

SEM - EDS

Malla Diámetro (μm)% en peso

retenido

120 125 0.53

170 90 0.53

200 75 0.53

270 53 1.11

325 44 12.99

400 37 39.23

500 25 45.07 25

Análisis Granulométrico.

26

Difracción de Rayos - X

27

Naturaleza de la Reacción

Curva de descomposición alcalina Representación del Modelo cinético.

Seguimiento de la reacción por DRX de la descomposición alcalina de la arsenojarosita de sodio en

medio NaOH, , pH = 12.87, malla 400 = 37μm, 30°C y 500min-1..28

Seguimiento por DRX

Espectro de EDS correspondiente al punto A en la figura.

Espectro de EDS correspondiente al punto B en la figura.

Imagen de la arsenojarosita de sodio a 10min de descomposición. Los puntos A y B corresponden a las

zonas de análisis de EDS.

29

Seguimiento por SEM - EDS

Reacción de descomposición de la arsenojarosita de sodio:

NaFe3(SO4)2-x(AsO4)x(OH)6 (s) + (3-x)OH-(aq)

Na+ (aq) + (2-x)SO4

2-(aq) + (3-x)Fe(OH)3 (gel) + xFeAsO4 (s)

La reacción de descomposición de la arsenojarosita de sodio en medioalcalino conduce a un precipitado amorfo compuesto por hidróxido de hierro(III) y arseniato adsorbido sobre la superficie del hidróxido.

30

NaFe3(SO4)2-x(AsO4)x(OH)6 (s) + (3-x)OH-(aq)

Na+ (aq) + (2-x)SO4

2-(aq) + 3Fe(OH)3 (gel) + xAsO4

-3(s)

31

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Log K

exp

Log [OH-]

Efecto de la concentración OH- en la velocidad de reacción, n=0.74, para el rango deconcentraciones de [OH-1] =0.1014-0.00384mol/L., para concentraciones<0.00384mol/L, n=0.

Estudio cinético en medio NaOH.

Efecto concentración de NaOH.

3232

Efecto de la temperatura en la velocidad de reacción, Ea = 55kJ/mol para el rango de temperaturas de 20-60°C.

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

2.90 3.00 3.10 3.20 3.30 3.40 3.50

Ln

Kexp (m

in-1)

1000/T (K-1)

Estudio cinético en medio NaOH.

Efecto Temperatura.

333333

Efecto del tamaño de partícula en la velocidad de reacción, para tamaños

de 75, 53, 45 y 38μm.

0

3

6

9

12

0 5 10 15 20

Kexp

x1

03

(min

-1)

1/d0 X 100 (μm-1)

|

Estudio cinético en medio NaOH.

Efecto Tamaño de Partícula.

34

Conclusiones

La síntesis de los compuestos jarosíticos resultaen un compuesto que coincide con la fórmulageneral [MeH3OAg]Fe3(SO4)2(OH)6.

Este tipo de compuesto consiste de agregadossemi - esféricos de cristales rombohédricosinterconectados en una estructura compacta.

La descomposición y cianuración alcalinaspresentan un período de inducción, durante elcual no se observan cambios en la superficie delas jarositas.

35

En el periodo progresivo se caracteriza por laliberación de iones alcalinos y sulfatos hacia lasolución.

Durante la cianuración la plata pasa igual a lasolución donde es rápidamente complejada.

Los residuos de la descomposición y cianuraciónalcalinos son de naturaleza amorfa y estánformados por hidróxidos de hierro.

El compuesto formado en la planta industrialtiene similar comportamiento durante ladescomposición y cianuración alcalina.

36

Se logró la incorporación del Ag en la estructurade los compuestos jarosíticos y suestabilización.

El proceso puede ser usado para lainmovibilazación de otras especies tóxicas talescomo Hg, Cr o Co.

Determinar parámetros que permitan eldesarrollo de un método de tratamiento deefluentes contaminados.

37

Bibliografía

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“Kinetics of alkaline decomposition and cyaniding of argentian rubidium jarosite in NaOH medium”, Eleazar Salinas Rodríguez, Francisco Patiño Cardona, Eduardo Cerecesdo Sáenz, Miguel Pérez Labra, Marius Ramírez Cardona, Volume 43 B, Octubre 2012. ISSN: 1073-5615, DOI: 10.1007/s11663-012- 9697-4, pp. 1027-1033.

CHAPTER IN BOOK: IPMI 32nd Ann. “Synthesis and Characterization of Rubidium Argentian Jarosite”, E. Salinas R., E. Cerecedo S., F. Patiño C., M. Ramírez C., G. Juárez L., J. Hernández A., I., Rivera L. & F. Pérez M., in C-: Precious Metals and Technology During Volatile Times. Proceedings, Curran Associates Inc. 57 Morehouse Lane, Red Hook, NY. USA, Volume2. pp. 778 – 785. ISBN: 9781605606095 (2008).

38

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CHAPTER IN BOOK: European Metallurgical Conference 2007, “Synthesis of the argentian plumbojarosite and its reaction stoichiometry in NaOHand NaCN media” F. Patiño C., E. Salinas R., J.J, Canales S., P_Ávila_P., I. Rivera L., J.M. González L., M. Reyes P., in Proceedings. GDMB (Editor). Volume 3, (Zinc and Lead) pp. 1209 – 1220. ISBN: 978-3-940276-06-3.

“Cinética de la descomposición y cianuración de la jarosita de plomo argentífera en medio NaOH”, J.J. Canales Saldívar, F. Patiño Cardona, I. Rivera Landero, J.M. González Lara, P. Ávila, E. Salinas Rodríguez, M. Pérez Labra. XII ENTUME / VII MSHMT, Ouro Petro, Brasil – Minas Gerais, Brasil, November 20 to 24, 2007. Volume II pp. 27 – 36, ISBN: 978.85.288-0054-8.

39

“Kinetics of alkaline decomposition and cyanidation of argentianammonium jarosite in lime medium”, F. Patiño, M. Cruells, A. Roca, E. Salinas and M. Pérez, Hydrometallurgy 70 (2003), 153-161. (Holland).

“Factores que afectan al crecimiento de partículas de jarosita de amonio argentífera sintética”, Eleazar Salinas, Martín Reyes, Francisco Patiño, Ma. Teresa Méndez, Isauro Rivera, Antonia Martínez and Leticia Hernández, Journal of the Mexican Chemical Society, Vol. 46, No. 1, pp. 67-72, January – March 2002. (México).

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CHAPTER IN BOOK: Precious Metals 1999. “Cyanidation kinetics of synthetic argentian amoniojarosite”, E. Salinas R., F. Patiño C., A. Roca V. and M. F. Illescas L., in Proceedings of the Twenty - Third International Precious Conference Acapulco, México, Edited by: Dr. Corby Anderson Camp - Montana Tech. Chapter 11. Pp.127 – 145. ISBN # 1 - 881825 -27 - 2 USA (1999).

“Descomposición de plumbojarosita argentífera en medio CaO”, F. Patiño C., I. Rivera L., A. Arenas F., D. A. Córdoba M., L. Hernández C. and E. Salinas R., Journal of the Mexican Chemical Society, Vol. 42, No. 3, pp. 122-128, 1998. (México).

“Alkaline decomposition-cyanidation of argentian natrojarosite”, F. Patiño, E. Salinas, M. Cruells and A. Roca, Hydrometallurgy, 49 (1998), 323-336, (Holland).

“GRACIAS”

41