7/28/2019 Efecto del oxgeno disuelto en la adsorcin de oro en carbn activado

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Efecto del oxgeno d isuelto en la adsorcin de oro en carbn activado (#)

R Navarro* e L Wilkomirsky**R e s u m e n Se estudi el efecto del oxgeno en la adsorcin de oro en un carbn de uso t pico en losprocesos de carbn en pu lpa (CIP) y carbn en l i x iv i ac in (CIL) . E l t raba jo exper imenta lse orient al estudio del efecto del oxgeno en la forma y cant idad de oro adsorbido bajod i fe ren t es condic iones de fuerza i n i ca , pH y concent rac in de oro de l a so luc in acuosa .Se encont r que e l ox geno d i sue l t o en l a so luc in acuosa aumenta l a absorc in de oro ene l carbn ac t i vado , s i endo es t e e fec to mayor en so luc iones de ba j a fuerza i n i ca y menorcuando se t ra t a de so luc iones de e l evada fuerza i n i ca . E l pH y l a concent rac in i n i c i a l deoro en l a so luc in acuosa no modi f i can l o an t e r i ormente p l an t eado .Palabras claves Carbn act ivado. Adsorcin . Oxgeno. Fuerza in ica .

The effect of the oxygen dissolved in the adsorption of gold in activated carbnAbstract The ef fec t o f t he oxygen d i sso lved on t he adsorp t i on of go ld i n a ac t i va t ed carbn such asthese used for carbn i n pu lp (CIP) and carbn i n l each (CIL) processes were s t ud i ed . Theresearch was oriented to di lucdate the effect of the oxygen dissolved in the gold solut ionon t he k ine t i cs and d i s t r i bu t i on of t he go ld adsorbed i n t he carbn under d i f fe ren t scondi t i ons of i on i c s t rength , pH and gold concent ra t i on . I t was found t ha t t he l eve l o f t heoxygen d i sso lved i n f l uences d i rec t l y t he amount of go ld adsorbed on t he ac t i va t ed carbn ,be ing t h i s e f fec t more re l evant for l ow ion i c s t rength so lu t i ons . The pH and i n i t i a l go ldconcent ra t i on has no e f fec t on t h i s behavior .Keywords Act iva ted ca rbn . Ads o rp t ion . Oxygen . I on ic s t r eng th .

1 . INTRODUCCINEntre los d is t in tos mtodos para recuperar oro dediso luciones c ianuradas , des tacan por su mayorempleo la cementacin con polvo de z inc y la adsorcin con carbn activado. El inters por el carbn act ivado en la meta lurg ia ex trac t iva del orodata de 1880, fecha en que se propone su empleocomo adsorbente a par t i r de d iso luciones del proceso de cloruracin. En 1890 se introduce la cianu-racin como al ternat iva a l t ra tamiento de minerales de oro , encontrndose que tan to e l o ro como laplata podan ser adsorbidos de disoluciones obtenidas de este proceso. Sin embargo, su uso industr ialse v io res t r ing ido debido a la fa l ta de un mtodoeficiente para recuperar el oro cargado en el carbn que, adems , permit iese , su reu t i l izacin s intener que recurrir , de esta forma, a la calcinacin.La s ituacin planteada anteriormente cambi apartir del ao 1952, con el desarrollo de los procesos

de adsorcin y electroobtencin, proponindose nuevamente el empleo del carbn activado para recuperar el oro contenido en disoluciones originadas por losdiversos procesos de cianuracin, entre los que destacan actualmente, el de lixiviacin en pilas, carbn enlixiviacin (CIL) y carbn en pulpa (CIP ) .El proceso de carbn en pulpa (CIP) posee impor tan tes venta jas comparat ivas sobre e l de cementacin de oro con zinc, dentro de las cuales sepueden des tacar :- La facilidad para adsorber el com plejo que poseeel carbn activado no se ve afectada por la presencia de algunos elementos en disolucin, comocomplejos de cobre y nquel, los cuales desfavorecen la precipitacin de oro con zinc.- Las partculas de carb n se agregan direct am ente a la pu lpa de c ianuracin , lo que ev i ta losprocesos de f i l tracin y clarif icacin que se requ ie r en con l a cemen tac in .

() Trabajo recibido el da 22 de enero de 1999 y aceptado en su forma final el da 10 de agosto de 1999.(*) Dep artame nto de Ingeniera Metalrgica , Facultad de Ingeniera, Universidad de Santiago de Chile, Avenida Libertador Bernardo O'Higgins3363, Casilla 10233, Santiago, Chile.(**) Dep artame nto de Ingeniera Metalrgica, Facultad de Ingeniera, Universidad de Concepcin, Casilla 53-C, Conce pcin, Chile.Rev. Metal Madrid 35 (1999) 30V307 30 1

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Efecto del oxgeno disuelto en la adsorcin de oro en carbn activado

Las prdidas de oro son s ignif icativamente meno res que en una p lan ta t r ad ic iona l de cemen ta c in , por lo que e l p roceso CIP of rece venta jaseconmicas , tan to por lograr mayores recuperaciones como en trminos comparat ivos de cos tos decapi ta l y operacin .C arbn ac t ivado e s un t rmino gen r i co quedesigna a una familia de materiales carbonceos altamente porosos , que no pueden ser caracter izadospor una frmula estructural o por anlis is qumico,y que se caracteriza por ser un material que tieneuna gran superficie especf ica, propiedad que leconfiere una alta capacidad para retener en su super f ic ie compues tos contenidos en d iso lucionesacuosas. En la actualidad, el carbn activado puede ser fabr icado a par t i r de a lguna mater ia pr imacarboncea , como son d iversos t ipos de carbn( turba , l ign i to , carbn b i tuminoso , an trac i ta) , cas caras de coco , huesos de durazno, madera , ser r n ,cascaras de arroz, etc. [ .Con e l desar ro l lo de procesos ta les como car bn en pulpa (CIP ) y carbn en l ix iv iac in (C IL) ,se hizo necesario la fabricacin de un material res is ten te a la abras in para minimizar la produ ccinde partculas f inas de carbn causantes de prdidasde oro y que, adems , posean un tamao adecuadoque pe rmi ta l a s epa rac in de pu lpa - ca rbn , s inque disminuya la cintica de adsorcin de oro.El mecanismo por e l cual e l carbn act ivadoextrae e l complejo Au(CN)2 desde d iso luciones decianuracin ha s ido estudiado por diferentes invest igadores , ex is t iendo una d ivers idad de mecanis mos propues tos que pueden expl icar e l fenmeno.Esta s ituacin puede ser atr ibuida a los s iguientesfactores:- E x p e r i m e n t o s r e a l iz a d o s c o n u n a v a r i e d a dde ca rbones ac t ivados , e s dec i r , f ab r i cados ap a r t i r d e d i f e r e n t e s m a t e r i a s p r i m a s .- Carb ones ac t ivados preparados bajo d i feren tescondic iones de ac t ivacin .- Estudios de adso rci n-de sorc in de oro bajo diferen tes condic iones exper imenta les y d i ferentes caracter s t icas de la d iso lucin de c ianuracin .

A pesar de lo an ter iormente expues to , los mecanismos que explican la adsorcin de oro en carbn activado, pueden ser agrupados en las s iguientes dos grandes l neas :- Ad sorcin s in cam bio qum ico , es deci r , com opar inico del t ipo M n + [ A u ( C N ) 2 ] m , donde M n +302

puede ser Ca 2 + , K+, N a + , L i+, H + , etc., y/o a travs de in tercambio de iones .- Ads o rc in de Au (C N )2 , con des composic in ao tras especies del t ipo AuCN.De los resu l tados obtenidos , parece probableque todos los mecanismos de adsorc in de oro encarbn activado son factibles de ocurrir en algunamedida, solo que alguno de ellos puede ser preponde ran te depend iendo de l a s cond ic iones expe r i mentales util izadas. De acuerdo con esto es importan te conocer e l efec to del ox geno en laadsorc in de oro .En este trabajo se presentan los resultados obtenidos como consecuencia del efecto del oxgeno enla adsorcin de oro, bajo diferentes condiciones ex

perimentales de fuerza inica y pH de la disolucinacuosa , empleando carbn act ivado comercia l queha sido fabricado a partir de cascaras de coco.2. PARTE EXPERIMENTAL2 . 1 . Materiales2.1.1. Carbn ActivadoEl carbn act ivado comercia l que se u t i l iz es deforma cilindrica y se fabrica a partir de cascaras decoco . En la tab la I , se presentan sus pr incipalespropiedades f s icas .En la tabla II se muestra la dis tr ibucin de poros en el interior del carbn activado. La superficieespecf ica y la porosidad del carbn activado fuede te rminada po r e l m todo B ET con n i t r geno .De acuerdo con lo observado en la tabla II , elcarbn util izado en este estudio posee 3 a 5 % demesoporos (poros de transicin) y entre 95 y 97 %de microporos .Tabla I. Propiedades fsicas del carbn activado comercialempleadoTable I. Physicol properties of comercial octivated carbn used

PropiedadLargo del cil indro, (mm)Dimetro del c i l indro, (mm)Superficie especfica, (m 2/g )Volumen tota l de poros, (cm3/9 )Densidad real, (g/cm 3)Mesoporos (8 A < < 1000 A), (%)Microporos ( < 8 A), (%)

Valor5 -7

3900-9500,43-0,47

1,1043-5

8 5-9 7

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R NAVARRO E I. WILKOMIRSKY

Tabla II . Distribucin de poros en el carbn activadoTable II. Pore disfribution in the activated carbn

Tamao de los poros () Porcentajes de poros (%)1.000-100

100-5050-2020 - 1515-1010-99-88- 77-66-55-0

0,000,011,111,242,802,393,305,966,819,83

53,31

-0,68-0,81-1,79-1,70-5,82-4,08-5,75-7,20-8,34-14,17-63,71

2.1.2. Disolucin de oro

Para la preparacin de las disoluciones de oro seu t i l iz agua b ides t i lada y des ionizada y react ivosqumicos grado anal t ico , ta les como: d ic ianoaura-to de po ta s io (KAu(C N)2 ) , h id rx ido de po ta s io(KOH) y c loruro de potas io (KC1) . Se u t i l izarondisoluciones de 45, 55 y 105 mg/1 de oro y de6x10"4 y 0,5 M en potasio.2.2. Estudio experimental de adsorcinPara todas las experiencias realizadas, el carbn act ivado se acondic ion previamente , a t ravs de unlavado con agua b ides t i lada y des ionizada durante30 min , despus se sec en una muf la durante 24h, a temperaturas que oscilaron entre 60 y 80 C ypos te r io rmen te fue man ten ido en un des ecado rhasta su util izacin.En un reactor de v idr io , inmerso en un baotermos t t ico de temperatura contro lada , se in t roducan 250 mi de disolucin acuosa y 0,5 g de carbn act ivado, hacindose burbujear oxgeno o n i t r geno en e l s eno de l a s o luc in , depend iendodel contenido de oxgeno d isuel to requer ido paracada experiencia. De la disolucin acuosa se sacaba una mues tra para anl is is qu mico . El carbnact ivado se lavaba con agua b ides t i lada y des ionizada durante 15 min, para luego ser secado en unamuf la durante 24 h a 70 C. Es ta metodologa experimental fue l levada a cabo para cada uno de lospuntos exper imenta les obten idos , en las d i feren tescu rvas c in t i cas . Las cond ic iones expe r imen ta l e sen que se realizaron todas las pruebas de adsorcinfueron:

masa de carbnvolumen de d iso lucintempera tu r avelocidad de ag i tac int iempo de adsorc in

0,5 g250 mi25 C500 rpm168 hLos anlis is de oro en solucin acuosa fueronreal izados usando espectrofo tometr a de absorc inatmica y la medicin de oxgeno disuelto se hizomediante un e lec t rodo de ion especf ico .

3. RESULTADOS Y DISCUSIN3 . 1 . Efecto del oxgeno disuelto en disolucio-nes de baja fuerza inicaSe pudo establecer que para disoluciones saturadasen oxgeno (8 mg/1), se produjo una mayor adsorcin de oro en el carbn con relacin a disolucionesde bajo contenido de oxgeno disuelto (0,8 mg/1).Es te efecto se hace mas pronunciado a l emplearbajo contenido de potasio, es decir , 6*10 -4 M. En lafigura 1 se muestra el porcentaje de adsorcin deoro en funcin del t iempo, para una concentrac in in ic ia l de oro de 55 mg/1 , pH l l y u na con centrac in de ion potas io de 6-10 -4 M, bajo condic iones de sa turacin de oxgeno (8 mg/1) y conuna d iso lucin desoxigenada (0 ,8 mg/1) . De igualforma, en la f igura 2 se muestra la evolucin delpH para los dis tintos t iempos de adsorcin. Al emplear d iso luciones sa turadas en oxgeno y de bajafuerza in ica , adems de operar e l mecanismo deadsorcin en la forma de par in ico KAu(CN)2,acta de manera para le la un mecanismo de t ipoelectroqumico, activndose otros sitios superficiales

200

Figura 1 . Efecto del oxgeno disuelto en la adsorcin de oroen carbn activado para una concentracin d e 6 1 0 4 M depotasio.Figure 1. Effect of dissolved oxygen in gold adsorption onactivated carbn. Initial potassium concentration 610'4 A i.

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Efecto del oxgeno disuelto en la adsorcin de oro en carbn activado

11,05

-%mg\0 2- 0,8 m g/102

100 150Tiempo(h)

200

Figura 2. Evolucin del pH en la adsorcin de oro en carbnact ivado para una concentracin de 6-10"4 M de potas io .Figure2. Evolution of pH in gold odso rption on actived

carbn , nitiol potossium conce ntration 6 10'4 M.del carbn capaces de adsorber oro . De acuerdocon Me Dougal l y Hancock [ 1 3 ] y Adams y F lemin g , se prod uce la redu cci n del oxge no en lasuperficie del carbn:0 2 + 4 + 2H 20 ^ 40 H " E = 0,401 V (1)0 2 + 2 + 2H 20 o 20H- + H 2 0 2 E = -0,146 V (2)y la o t ra reaccin de semicelda cor responde a laoxidacin de la super f ic ie del carbn, como porejemplo , la ox idacin del grupo cromeno:

o /RC^ +2e-+ H sO ( 3 )OH

La es t ructura formada cor responde a l ion car -bonio, el cual puede actuar como un s it io de intercambio de iones :

(4)Para un tiempo de adsorcin de 168 h de contac to en tre e l carbn act ivado y la d iso lucin deoro, la razn K/Au en el carbn fue de 0,6 cuandose trabaj con 8 mg/1 de oxge no disu elto, lo cuales t de acuerdo con los resu l tados obtenidos porTsuchida et al. y es cons is ten te con e l hechode que bajo esas condic iones exper imenta les , esdecir , en presencia de d iso luciones sa turadas en

oxgeno y bajo contenido de ion potas io (bajafuerza inica), ocurren los mecanismos de adsorcin de par inico y el de intercambio de iones.

Cu and o se emple 0 ,8 mg/1 de oxgeno d isuelto , la razn K/Au medida en el carbn despus de168 h de contacto fue s iempre un valor cercano a1 o levemente inferior , lo cual es consis tente conel mecanismo de par in ico , como forma preponderante de adsorc in de oro en e l carbn. La d is minucin del pH en este caso puede ser atr ibuida ala adsorcin de iones hidrxilos .3.2. Efecto de la concentracin de oxgeno di-suelto en disoluciones de elevada fuerzainicaEn la f igura 3 se muestra el porcentaje de adsorc in de oro en funcin del t iempo, para una concen trac in inicial de oro de 55 mg/1, pH 11 y unaconcentracin de potasio de 0,5 M y en la f igura 4s e mues t r a J ^ ^ v o l uc i n de l pH pa ra los d i s t in to s

- 8 m g / l 0 20mg/lQ2

O 50 100 150 200Tiempo(h)

Figura 3. Efecto del oxgeno disuel to en la adsorcin de oroen carbn act i vado para una concent racin de 0 ,5 M depotasio.Figure 3. Effect of dissolved oxyg en in gold adsorp tion onoctivated carbn. Initial potassium concentration 0,5 A i.

11,111

10,910,8

10,610,510,4103

1m \

n ^ " \ ,- ^ - 8 n ^ / 1 0 2-* 0,8 mgfl O2

(VJ 1 1 , .

50 100Tiempo(h)

150 200

Figura 4. Evolucin del pH en la adsorcin de oro encarbn act i vado para una concent rac in de 0 ,5 M depotasio.Figure 4. Evolution of pH in gold ads orption on activedcarbn. Initial potassium concentration 0,5 M.

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P. NAVARRO E I. WLKOMRSKY

tiempos de adsorcin. En este caso, al emplear unadisolucin de fuerza inica elevada, al trmino de168 h de contacto, el efecto de experimentar consolucin saturada en oxgeno (8 mg/l) se manifesten solo un 4 % de mayor adsorcin de oro, encomparacin con disoluciones de bajo contenidode oxgeno (0,8 mg/l). La variacin del pH eneste caso fue levemente mayor, con relacin alque se trabaj con fuerza inica baja.Estos resultados indican que para disolucionesde elevada fuerza inica, el efecto del oxgeno enla adsorcin en el carbn activado se hace marginal, con lo cual, el mecanismo predominante es elde adsorcin en la forma de par inico comoKAu(CN)2, debido a la elevada concentracin deiones potasio en el medio acuoso. La formacin desitios de intercambio inico, debido a la presenciade oxgeno disuelto, solo se manifiesta a travs deun aumento del 4% en la adsorcin de oro, despus de 168 h de contacto .Si se admite que las disoluciones de cianu-racin obtenidas en operaciones industriales decarbn en pulpa son consideradas como de elevadafuerza inica, el oxgeno, adems de aumentar elefecto de oxidacin del cianuro libre, puede conducir a una condicin ms favorable en la adsorcin de oro.3.3. Efecto del oxgeno a diferentes pHEn la figura 5 se muestra la adsorcin de oro enfuncin del tiempo, para una concentraci n inicialde oro de 55 mg/l, 8 mg/l de oxgeno disuelto, dife-

1P -11 i

0,5 -10 -

9 , 5 -9J

8 , 5 -8 -

f M1

pH inicial 11* pH inicial 9 pH inicial 61 1

50 100Tiempo(h)

150 200

Figura 6 . Evolucin del pH en la adsorcin de o ro en carbnactivado para una concentracin de 0,5 M de potasio, 8m g/ l de oxgeno disuelto y diferentes pH iniciales.Figure 6. Evolution of pH in gold adsorption on activedcarbn. Initial potassium concentration 0,5 M, dissolvedoxigen 8 mg/l and diffrents initials pH.rentes pH de la disolucin acuosa y una concentracin de potasio de 0,5 M y en la figura 6 se visualiza grficamente la evolucin del pH para lasdiferentes condiciones iniciales. Se puede observarque al disminuir el pH , aum enta levem ente el porcentaje de adsorcin de oro.En la figura 7 se muestra la adsorcin de oro enfuncin del tiempo, para una concen tracin inicialde oro de 55 mg/l, 0,8 mg/l de oxgeno disuelto, diferentes pH de la disolucin acuosa y una concentracin del ion potasio de 0,5 M y en la figura 8 semuestra la evolucin del pH para las condicionesexperimentales mencionadas. Al emplear disoluciones exentas de oxgeno disuelto, tambin se

50 100Tiempo(h)

150 200

Figura 5. Cintica de adsorcin de o ro en carbn activadoen disoluciones saturadas en oxgeno disuelto (8 mg/l), enfuncin del pH de la disolucin, y para una concentracininicial de potasio de 0,5 M .Figure 5. Kinetics of g old adsorption on activated carbnfrom oxygen safurafed (8 mg/l) aqueous solutions ofvariouspH and initial potassium concentration of 0,5 M.

10095 H

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