Lixiviación de un mineral tostado de cobre y precipitación del cobre de la disolución por cementación

Objetivo

Determinar la influencia del tiempo en la velocidad de lixiviación de un mineral de cobre tostado, mediante una disolución de H2SO4. Después el cobre se precipitará en la disolución obtenida mediante cementación.

Introducción teórica

La primera parte de la práctica está basada en la lixiviación, que es un proceso de extracción hidrometalúrgico que exige una preparación previa del mineral. Este proceso puede ser de dos tipos:

• Físico: trituración. Nos sirve para poder reducir el tamaño del sólido.

• Químico: tostación, calcinación, fusión. Nos sirve para poder transformar los minerales en compuestos solubles.

En esta práctica usaremos un mineral de cobre tostado, y queremos obtener el metal contenido en una mena de forma selectiva. Para ello utilizaremos un producto químico como agente lixiviante. Este agente se elige por una serie de factores a tener en cuenta: coste bajo, capacidad para lixiviar selectivamente, alta velocidad de disolución del mineral, variedad de métodos por los que el metal puede ser recuperado, posibilidad de recuperación y reutilización del agente lixiviante y acción corrosiva sobre los equipos.

La segunda parte de la práctica está basada en la cementación, que es la precipitación de un metal de un determinado potencial de reducción a partir de las soluciones de sus sales, por otro metal a cementar.

En nuestro caso, la reacción de cementación del cobre es:

Cu2+ + 2 e- Cu Eo= 0,34V

2/n M 2/n Mn+ + 2e- Eo= 1,67 V

Cu2+ + 2/n M Cu + 2/n Mn+ Eo= 2,01 V

"G= -nFEo

Donde:

• n= número de e- q se intercambian

• F= 96500 C/mol

• Eo= 2,01 V

Si lo aplicamos vemos que tanto F como Eo y n son positivos, por lo que el "G nos dará menos que cero. Esto nos indica que la reacción es espontánea.

Parte experimental

Parte A: Lixiviación

Se pesan 6g de un mineral de cobre tostado. Preparamos una disolución de H2SO4 al 2% de 250ml (será nuestra disolución de lixiviación), luego esta disolución la llevamos a un vaso de precipitados de 500ml. Después le añadimos el mineral de cobre tostado y lo dejamos lixiviar con agitación constante durante 30 min. a temperatura ambiente.

Mientras que la reacción tiene lugar, deberemos de tomar cada cierto tiempo una muestra de la lixiviación de 3 ml. La tomaremos, partiendo del tiempo cero, a los 2, 5, 10 y 30 min. Estas muestras se toman en un tubo de ensayo, y filtrándola previamente con un tubo de pliegues. El filtro de pliegues tiene que ser pequeño, ya que si es muy grande, no se filtraría la gran parte de los 3 ml.

De estos 3 ml, cogemos uno, y lo llevamos aun erlenmeyer de 250 ml y lo diluimos hasta, aproximadamente 100 ml. Luego, con un pHmetro ajustamos el pH entre 7 y 8. Para ello: Si el pH<2 añadimos con una pipeta pasteur y gota a gota NH4OH, controlando el pH en todo momento hasta que llegue al intervalo deseado. Si el pH>2 lo ajustaremos con una disolución 1M de NH4Cl y 1.5 ml de una disolución de NH4OH (que es un tampón de pH=8).

Ph de nuestras muestras:

En todas nuestras muestras, hemos utilizado la disolución tampón para ajustar el pH.

Luego, a cada una de estas disoluciones, se les añade una punta de espátula del indicador murexida. La disolución toma un color amarillo verdoso. Después lo valoramos con EDTA 10-2 M, y en el punto de equivalencia, el indicador virará a rosa-púrpura.

Datos de las valoraciones:

Calculamos la concentración de Cu en la disolución de lixiviación en cada uno de los tiempos:

M(EDTA)*V(EDTA)=M(Cu)*V(disol deCu)

M (EDTA)= 10-2M

V (disol Cu)= 100 ml

V(EDTA)= tabla de arriba

Parte B: Cementación

Cuando hayan transcurrido 30 min, filtramos la reacción de lixiviación sobre un filtro de pliegues y en un erlenmeyer de 250 ml. Después, medimos sobre una probeta de 250 ml, el V de nuestra disolución. Nos da un volumen de 230 ml. Después pasamos la disolución de nuevo al erlenmeyer y le añadimos una punta de espátula de NaCl.

Cogemos tres placas de aluminio, las lijamos, limpiamos y pesamos: 2,56g. Lo siguiente es introducir las placas en la disolución y calentar la mezcla hasta que tenga lugar la cementación del cobre. Para identificar este proceso, observaremos un cambio de color: la disolución en principio azul, se pondrá grisácea.

Terminado el proceso de cementación, separamos la disolución del precipitado y las placas de aluminio. El Cu cementado y las placas se meten en el horno un día entero para secarlo de manera eficaz. La disolución se desecha.

Cuando haya transcurrido un día pesamos el Cu y las placas de Al:

Placas de Al 1,72g

Cu cementado 2,49g

Cuestiones

1- Comparar el efecto del tiempo de lixiviación en la velocidad de disolución del cobre.

2- Calcular el consumo de chatarra de aluminio por gramo de cobre precipitado. Compararlo con el consumo teórico.

Cu teórico:

Cu2+ + 3/2 Al Cu + 3/2 Al3+

g (Al)= mol*PM= 1,5*27= 40,5g teóricos de Al

g (Cu)= mol*PM= 1*63,55= 63,55 g teóricos de Al

Consumo de Al por g de Cu: 40,55g/63,55g= 0,64 g de Al/Cu teóricos

Cu experimental:

Cu pesado= 2,49 g

Al inicial pesado= 2,56g

Al final pesado= 1,72 g

Al reaccionado= 0,84g

Consumo de Al por g de Cu: 0,84/2,49= 0,34g de Al/Cu

Si los comparamos vemos que el consumo de Al por g de Cu cementado práctico es casi la mitad del que, en teoría, nos tendría q salir. Esto es debido a que existen reacciones secundarias del Cu con el hidrógeno.

3- Calcular el porcentaje de Cu recuperado por cementación de la solución de lixiviación.

Calculo los g de Cu que debería de haber obtenido. En 230 ml tengo una concentración de Cu del 0,151 M.

M=mol/V mol= M*V; mol= g/PM g=M*V*PM= 0,151*0,23*63,55

g de Cu teóricos= 2,21g

g de Cu obtenidos= 2,49g

Los g de Cu obtenidos son mayores que los teóricos. Si hacemos el porcentaje nos dará un valor de más de un 100% de rendimiento. Esto no puede ser, ya que es imposible que obtengamos más producto del teórico. La explicación a este fenómeno, es que nos han precipitado otras impurezas que no son el Cu, y nos han aumentado la masa del Cu obtenido, dándonos dicho valor erróneo.

4- Calcular el potencial de la celda durante el proceso de cementación justificando la espontaneidad de la reacción.

Cu2+ + 2 e- Cu Eo= 0,34V

2/n M 2/n Mn+ + 2e- Eo= 1,67 V

Cu2+ + 2/n M Cu + 2/n Mn+ Eo= 2,01 V

"G= -nFEo

Donde:

• n= número de e- q se intercambian

• F= 96500 C/mol

• Eo= 2,01 V

Si lo aplicamos vemos que tanto F como Eo y n son positivos, por lo que el "G nos dará menos que cero. Esto nos indica que la reacción es espontánea.

5- Establecer el diagrama de flujo del proceso y comentarlo brevemente.

Preparación de la mena Lo hacemos mediante un proceso químico: la tostación.

Lixiviación Disolvemos el metal en un agente lixiviante, en este caso, el agente que utilizamos es una disolución de H2SO4 al 2%.

Purificación Hemos utilizado la cementación

Precipitación Este paso va ligado al anterior, obtenemos el metal en estado sólido

Metal Después del paso anterior, filtramos el metal, lo secamos y lo pesamos, y ya obtenemos el metal deseado, en nuestro caso el Cu