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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9KGVHC| Tipo: | Tese de Doutorado |
| Título: | Mecanismo de adsorção de cianocomplexos de cobre em carvão ativado e implicações na adsorção seletiva de ouro |
| Autor(es): | Clauson de Souza |
| Primeiro Orientador: | Virginia Sampaio T Ciminelli |
| Primeiro membro da banca : | Marcelo Borges Mansur |
| Segundo membro da banca: | Heitor Avelino De Abreu |
| Terceiro membro da banca: | Versiane Albis Leão |
| Quarto membro da banca: | Ana Claudia Queiroz Ladeira |
| Quinto membro da banca: | Gabriela Cordeiro da Silva |
| Resumo: | A tendência no aumento da lavra de minérios complexos e de mais baixos teores tem levado à explotação de minérios de ouro com elevada relação Cu/Au. A presença de cobre solúvel em circuitos CIP(carbono in pulp)/CIL(carbono in leach) resulta na competição de seus complexos por sítios de adsorção no carvão ativado. O estudo da adsorção de cobre em carvão ativado visa contribuir para minimizar os efeitos do cobre na cianetação de ouro. Inicialmente, investigou-se a especiação do sistema Cu- CN-H2O, através de diagramas de estabilidade termodinâmica, espectroscopia Raman e cálculos de estruturas via DFT (density functional theory). Os cálculos DFT demonstraram que os complexos linear (Cu(CN)2 -), trigonal plano (Cu(CN)3 2-) e tetraédrico (Cu(CN)4 3-) são os mais estáveis dentre as espécies cianetadas/hidratadas e assim, estas são as geometrias preponderantes em soluções cianetadas. Os espectros Raman indicaram que o Cu(CN)3 2- é a espécie dominante em amplas faixas de pH (5-10,5), concentração de cobre (0,02 a 0,2mol.L-1) e razão molar CN/Cu (<7). A predominância do Cu(CN)4 3- é observada apenas em valores elevados de pH (>10,5) e razão CN/Cu (7). A espécie Cu(CN)2 - não foi detectada. Os valores das cargas parciais dos átomos nos complexos mostraram, segundo o princípio de equalização da eletronegatividade, que o aumento de coordenação desfavorece a força de ligação CN, refletindo na queda da frequência de vibração Raman e na estabilidade. Em uma segunda etapa, investigou-se a adsorção dos cianocomplexos de cobre em diferentes amostras de carvão ativado. O modelo de interação eletrostática, aqui proposto considerou os efeitos das características físico-químicas do carvão ativado, como ponto de carga zero (PZC) e densidade grupos funcionais, e mostrou-se coerente com os resultados experimentais. Valores de pH<PZC favorecem a adsorção do cobre, pela atração entre a superfície positiva do carvão e os cianocomplexos de cobre negativos. A adsorção da espécie Cu(CN)3 2- (CN/Cu= 3) é favorecida pela elevação da força iônica. A presença de íons cálcio (Ca2+) favorece ainda mais a adsorção, por estabelecer localmente um excesso de cargas positivas que é compensado pela interação eletrostática com os cianocomplexos de cobre. Por fim, foram estudados os efeitos de parâmetros do processo CIP (i.e., tipo de carvão, excesso de cianeto, presença de íons Ca2+ e aeração) na seletividade de adsorção de ouro na presença de cobre. Os carvões de menor densidade de grupos funcionais (1,2meq.m-2) mostraramse mais seletivos ao ouro. O excesso de cianeto (CN/Cu>4) favorece seletividade do carvão pelo ouro, contudo, elevadas concentrações de cianeto diminuem a adsorção deste metal. A presença de Ca2+ elevou a adsorção de ouro em 22%, o que anulou o efeito positivo do cálcio na redução na adsorção de cobre observada em soluções monocomponente. A aeração da solução aumentou a adsorção de cobre em 4 vezes e diminuiu a adsorção de ouro. Este resultado foi relacionado à maior estabilidade do Cu(CN)3 2-, indicada pela espectroscopia Raman. |
| Abstract: | The trend in the increase of mining complexes, low-grade ores has led to the exploitation of gold ores with a high Cu/Au ratio. The presence of soluble copper in CIP(carbon-in-pulp)/CIL(carbon-in-leach) circuits results in the competition of its complexes by adsorption sites on activated carbon. The study of copper adsorption on activated carbon can contribute to minimize the detrimental effects of copper on gold cyanidation. Initially, the speciation of the Cu-CN-H2O system was investigated by means of thermodynamic stability diagrams, Raman spectroscopy calculations DFT (density functional theory) calculation. The DFT calculations demonstrated that the linear (Cu(CN)2 -), trigonal plane (Cu (CN)3 2-) and tetrahedral (Cu(CN)4 3-) complexes are the most stable ones amongst the cyanide/hydrated species and thus, these are the expected predominant geometries in cyanide solutions. Raman spectroscopy indicated that the Cu(CN)3 2- is the dominant species in a wide range of pH (5-10.5), copper concentration (0.02 to 0.2mol.L-1) and CN/Cu molar ratio (<7). The predominance of Cu (CN)4 3- is observed only in high pH values (>10.5) and high CN/Cu ratio (7). The Cu(CN)2 - species was not detected. Partial charge values, calculated by the principle of electronegativity equalization, have shown that the strength of the bond CN decreases with the increase of the number of cyanide groups in the complex, which implies in the decrease of the respective Raman vibration frequencies and the complexs stability. In a second approach, the mechanism of copper cyanide complexes adsorption on different samples of activated carbon was investigated. The electrostatic interaction model proposed here considers the effects of the physical chemistry features of the samples, such as the point of zero charge (PZC) and the functional group density, and was consistent with the experimental results. The adsorption of copper was favored in pH <PZC by the attraction between the positively charged surface of the activated carbon and the negatively charged, copper cyanide complexes. The adsorption of the species Cu(CN)3 2- (CN/Cu=3) was favored by the increase in the ionic strength. The presence of calcium ions (Ca2+) promoted additional copper adsorption by the establishment of a local excess of positive charges that are balanced by adsorption of the copper(I) cyanide complexes. Finally, the effects of CIP process parameters (i.e. type of coal, excess of cyanide, presence of Ca2+ and aeration) in the selective adsorption of gold were studied. The activated carbons with lower functional group density (1.2meq.m-2) were more selective to gold adsorption. The excess of cyanide (CN/Cu> 4) favored selectivity, however, high concentrations of cyanide decreased gold adsorption. The presence of Ca2+ increased gold adsorption in 22%, which canceled the positive effect of calcium on the copper adsorption, as observed in single metal solutions. The aeration of the solution increased the adsorption of copper by 4 times and decreased adsorption of gold. This result was related to the greater stability of the Cu (CN)3 2-, as indicated by Raman spectroscopy. |
| Assunto: | Engenharia metalúrgica Tecnologia mineral |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Instituição: | UFMG |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9KGVHC |
| Data do documento: | 6-Jul-2012 |
| Aparece nas coleções: | Teses de Doutorado |
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