Velocidad de disolución en medio ácido de calcopirita pura y calcopirita con concentraciones de tres tipos de impurezas: As, Pb y Zn

Abstract

In this thesis, theoretical studies were carried out to compare the dissolution rate in a acid medium of pure chalcopyrite and chalcopyrite with three types of impurities: As, Pb and Zn. The study of the electronic properties was carried out by calculating first principles using the theory of functional density (DFT), the method of plane waves and pseudopotentials as implemented in the Quantum ESPRESSO (QE) computer software. For each atomic species (Cu, Fe, S, As, Pb and Zn) ultra-soft pseudopotentials were used. The lattice parameters of the unit cell used for the calculation were: a = b = 3;70538 Å and c = 5;21341 Å. The cut-off energy for the wave functions was taken at 80 Ry. The correlation and exchange energy functional were approximated by the generalized gradient method (GGA) in the parameterization proposed by Perdew, Burke and Ernzerhof (PBE). For the integration of the first Brillouin zone, a Monkhorst-Pack grid of 9 x 9 x 5 k-points was used, while for the state density (DOS) it was 18 x 18 x 10. To relate the speed at which pure chalcopyrite and chalcopyrite with impurities dissolve in an acid medium, we use the Butler-Volmer equation together with the Fermi energy obtained from first principles calculations.

En esta tesis se realizaron estudios teóricos para comparar la velocidad de disolución en un medio ácido de calcopirita pura y calcopirita con tres tipos de impurezas: As, Pb y Zn. El estudio de las propiedades tanto estructurales como electrónicas se realizaron mediante cálculos de primeros principios usando la teoría del funcional de la densidad (DFT), el método de ondas planas y pseudopotenciales como están implementados en el software computacional Quantum ESPRESSO (QE). Para cada especie atómica (Cu, Fe, S, As, Pb y Zn) se emplearon pseudopotenciales tipo ultra suaves. Los parámetros de red de la celda unitaria empleada para el cálculo fueron de: a = b = 3;70538 Å y c = 5;21341 Å [1]. La energía cinética de corte para las funciones de onda fue fijada en 80 Ry. El funcional de energía de intercambio y correlación se aproximó por el método de gradiente generalizado (GGA) en la parametrización propuesta por Perdew, Burke y Ernzerhof (PBE) [2]. Para la integración de la primera zona de Brillouin se utilizó una malla de puntos k Monkhorst-Pack [3] de 9 x 9 x 5 mientras que para la densidad de estados (DOS) fue de 18 x 18 x 10. Para relacionar la velocidad en que se disuelve la calcopirita pura y la calcopirita con impurezas, en un medio ácido, utilizamos la ecuación de Butler-Volmer junto a la energía de Fermi obtenida a partir de cálculos de primeros principios.