Aplicación de modelos cinéticos empíricos en la adsorción de  en carbón activado.

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1. Introducción

     El uso del carbón activado en la metalurgia extractiva se ha intensificado en las últimas dos décadas, empleándose en los procesos de flotación de minerales, tratamiento de aguas industriales, purificación de electrólitos, recuperación de metales disueltos en soluciones acuosas, como modificador del potencial REDOX, como catalizador, etc.[1]. El carbón activado se emplea además para recuperar el oro contenido en soluciones originadas en diversos procesos de cianuración, entre los que figuran actualmente el de lixiviación en pilas, carbón en pulpa (CIP) y carbón en lixiviación (CIL).

     Por lo señalado anteriormente la tendencia actual es adoptar la tecnología del carbón activado para la recuperación de oro desde soluciones alcalinas diluidas que contengan cantidades muy pequeñas de oro en solución, es decir, su aplicación ha permitido explotar yacimientos de baja ley, con el concurso de métodos de bajo costo de lixiviación, como es la lixiviación en pilas o para tratar pulpas provenientes de agitación sin utilizar lavado en contracorriente, como en el proceso de Carbón en Pulpa, rebajando los costos de capital para la planta.

     La cinética de adsorción de oro en carbón activado ha sido extensamente investigada y se han propuesto numerosos modelos al respecto. La validez de estos modelos fue evaluada midiendo la concentración de oro en la solución y en el carbón.

     Los modelos cinéticos generalmente pueden ser clasificados como empíricos, fenomenológicos ó una combinación de los dos. En el primer caso, se ajustan los datos experimentales a una forma funcional simple, que no necesita tener una base teórica. Los modelos fenomenológicos, por otro lado, toman conceptos fisicoquímicos detallados para describir el proceso. Sin embargo, esto puede llevar a modelos complejos que pueden ser difíciles de aplicar en la práctica.

     Los modelos evaluados en este trabajo fueron aquellos denominados empíricos. Estos modelos están sujetos a limitaciones ya sea considerando un adecuado ajuste o en términos de lapso de tiempo sobre el cual ellos describen en forma precisa la concentración de oro en solución.

     El objetivo de este trabajo fue evaluar los diferentes modelos empíricos de adsorción existentes en la literatura en orden a establecer las condiciones mas apropiadas para su aplicación.
 
 
 

2. Parte experimental

2.1 Experiencias realizadas y condiciones experimentales.

     Todas las experiencias fueron realizadas con una agitación mecánica constante de 500rpm, manteniendo constante la razón masa carbón / volumen de solución. La cantidad de oro adsorbido por el carbón fue determinada por balance de soluciones. En las Tablas 2.1 a 2.3 se muestran las condiciones en que se llevaron a cabo las experiencias.

2.2 Propiedades del carbón activado.

2.2.1 Composición global del carbón.

     En la Tabla 2.3 se presentan los resultados del análisis químico realizados según la norma ASTM y la humedad del carbón.
 
 

2.2.2 Propiedades físicas del carbón activado.

     El carbón utilizado en este estudio fue fabricado por extrusión en forma de cilíndros, el cual es de cáscaras de coco y fué facilitado por los proveedores más importantes del país. En la Tabla 2.4 se presentan las propiedades físicas del carbón activado.

     Además, en la Tabla 2.5 se presentan los resultados obtenidos del análisis realizado para la determinación de la distribución de poros al interior del carbón activado.

2.3 Metodología Experimental.

     El carbón utilizado en todas las experiencias fue lavado previamente con agua bidestilada y desionizada durante 20 minutos. Luego el carbón fue secado en una mufla durante 48h a 60ºC. Posteriormente el carbón fue mantenido en un desecador hasta su utilización.

• Se introdujo un volumen de solución de 400ml, conteniendo una cantidad conocida de KAu(CN)_2, en un reactor de vidrio de doble camisa. Se encendió el calefactor y se graduó a la temperatura deseada. Se introdujo el reactor con solución dentro del calefactor. Se comenzó a agitar la solución, midiéndose el pH.

• Se introdujo el carbón activado al interior del reactor e inmediatamente se comenzó a agitar la solución-carbón activado a una velocidad constante para todas las experiencias de 500 rpm, y durante un tiempo prefijado de adsorción de 72h.

• Durante el transcurso de cada experiencia se tomaron muestras a tiempos prefijados. Los tiempos de muestreo fueron: 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 8; 22 y 72h. Finalizado el tiempo de agitación, se desconectó el agitador. La solución se filtró para recuperar el carbón. El carbón activado se guardó para un posible análisis y la solución sobrante se guardó en recipientes tapados para su posterior neutralización con agua oxigenada y descarte al finalizar todas las experiencias.

3. Resultados y discusión

Modelos Empíricos:

     Los modelos empíricos evaluados en este trabajo se describen a continuación:

1. Modelo de Primer Orden:

 

 
 
 
 
 

(1)
 

2. Modelo de Dixon:

 

 
 
 
 
 

(2)

3. Modelo de Nicol:

 

 
 
 
 
 

(3)
 

4. Modelo de Fleming:

 

 
 
 
 
 

(4)
 

5. Modelo de La Brooy:

(5)
 
  Con r : Velocidad de adsorción de oro (mg / s·l).

C : Concentración de oro en solución (mg / l).

t : Tiempo transcurrido desde el inicio de la experiencia batch (s).

Co : Conc. Inicial de oro en solución (mg / l).

q⁺ : Carga máxima del carbón. (mg /kg.)

k₁.. k₇, K, n : Constantes características.
 
 

     Modelo de primer orden: El modelo de primer orden está dado por la ecuación 1. La ecuación fue linealizada mediante la gráfica r/q vs q/C y los resultados experimentales se ajustaron por regresión lineal. La pendiente de la recta resultante equivale a la constante k₂, mientras que el coeficiente de posición de la recta sería equivalente a la constante k₁.

      En las Figuras 3.1,3.2 y 3.3 se presentan ejemplos de aplicación de este modelo para diferentes condiciones experimentales y los valores de las constantes k₁ y k₂ para cada temperatura y concentración inicial de oro, se presentan en las Tablas 3.1 y 3.2, para diferentes tiempos de adsorción.
 
 

     En términos generales, se puede observar que a partir del coeficiente de correlación R², este modelo se ajusta en mejor forma a tiempos cortos de 1 hora de adsorción. Además a partir de los resultados a tiempos cortos de 1 hora, la constante k₁ aumenta a medida que la temperatura se incrementa. Además las constantes k₁ y k₂ presentan una tendencia con altibajos con relación a la concentración inicial de oro, por lo que no es posible obtener una dependencia concreta de estas constantes con esta variable.
 

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