Introducción a la Minería -Pirometalúrgia

PirometalúrgiaRama de metalurgia en que la obtención y refinación de los metales se procede utilizando calor, como en el caso de la fundición. Prácticamente todos los metales como el hierro, níquel, estaño y la mayor parte del cobre, oro y plata son obtenidos desde el mineral o su concentrado por métodos pirometalúrgicos. Es el más importante y más antiguo de los métodos extractivos de metales, utilizado por el hombre.

ProcesosEn la pirometalúrgia existen dos grandes procesos conocidos como la tostación y la calcinación; aunque ellos por si solos son procesos que ayudan a los materiales a mejorar sus propiedades aquí solo daremos un concepto simple y como estos dos procesos se asocian con la pirometalúrgia.

Calcinación:Consiste en el calentar fuertemente un mineral hasta su descomposición, (300 a 1000°C) transformándolo en óxido y eliminando un producto volátil:

CaCO3 CaO + CO2

Durante la calcinación se eliminan agua, bióxido de carbono y otros gases. La calcinación puede efectuarse en varios tipos de hornos, horno de cuba, horno rotatorio, lecho fluidizado

Tostación:Tratamiento que conduce a oxidación o reducción (según la actividad del metal) y puede ir acompañado de calcinación. Se aplica principalmente a sulfuros

2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2

HgS + O2 Hg + SO

alimentación

aire

Producto

75-90 %

10-25 %

Ciclón recuperador de calcina

Gas aplanta de ácido

Toberas

Fundición:Es el proceso de fusión en el que los materiales formados en el curso de reacciones químicas se separan en dos o más capas. La fundición suele implicar una etapa de fundición en el mismo horno. Dos tipos importantes de capas que se forman en el horno de fundición son el metal fundido y la escoria. Las escorias son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales. Se pueden considerar como una mezcla de óxidos metálicos; sin embargo, pueden contener sulfuros de metal y átomos de metal en forma de elemento. Aunque la escoria suele utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal, también pueden servir para otros propósitos, como ayudar en el control de la temperatura durante la fundición y minimizar la reoxidación del metal líquido final antes de pasar al molde.

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Por otro lado, la escoria de las acerías, en las que se produce una fundición ferrosa, se diseña para minimizar la pérdida de hierro y por tanto contiene principalmente calcio, magnesio y aluminio.La escoria tiene muchos usos comerciales y raramente se desecha. A menudo se vuelve a procesar para separar algún otro metal que contenga. Los restos de esta recuperación se pueden utilizar como balasto para el ferrocarril y como fertilizante. Se ha utilizado como metal para pavimentación y como una forma barata y duradera de fortalecer las paredes inclinadas de los rompeolas para frenar el movimiento de las olas.Los procedimientos pirometalúrgicos no solo pueden incluir la concentración y reducción del mineral, sino además la refinación del metal.

AplicacionesLa pirometalúrgia tiene gran utilidad actualmente, ya que se utiliza en proceso de producción del cobre, del zinc, en la refinación de oro y por supuesto en el proceso de producción del acero.Actualmente se ve gran relevancia en el proceso del producción de zinc, ya que en este se la pirometalúrgia es una parte importante del proceso

Proceso de producción del zincEsquema de la cadena

La extracción del zinc puede efectuarse en las minas a cielo abierto o en yacimientos profundos. La elección del tipo de explotación depende del entorno y del capital invertido. Cuando se decide explotar una mina a cielo abierto, los mineros cavan huecos con la ayuda de taladros neumáticos manuales, en los que colocan cargas explosivas. Una vez extraídas, las rocas son transportadas hasta la fábrica de transformación, que generalmente se encuentra en la misma mina, para comenzar la fase de concentración.

Las diferentes etapas de la producción de zinc Separación de concentrados del zincEn esta etapa, el mineral es triturado con el fin de obtener partículas muy finas que, según la naturaleza del mineral, van a ser sometidas a diversos tratamientos químicos. Se trata de extraer del mineral un máximo de elementos extraños e impurezas. Más

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tarde, los diferentes concentrados presentes en la roca son separados por un proceso de flotación como en el caso de la familia de los platinoides (platino y paladio). Esta técnica se basa en el hecho de que cuando están en suspensión, las partículas minerales recubiertas de ciertos productos químicos se aglutinan en forma de burbujas de aire que son insufladas por la parte de abajo de la célula de flotación, para subir luego a la superficie. Se forma entonces en la superficie, un depósito espumoso que será recuperado y enviado a través de varios filtros. A la salida de este proceso, se recogen diferentes concentrados de zinc.

RefinaciónEsta es sin duda la más importante etapa del proceso. Con el fin de obtener el metal bruto, la industria metalúrgica del zinc utiliza dos procedimientos: la hidrometalurgia y la pirometalúrgia.

La extracción por vía húmeda (por electrólisis o hidrometalurgia )La hidrometalurgia consiste en la producción, purificación o la eliminación de metales o de componentes de metales a través de reacciones químicas. Este método es principalmente utilizado en el tratamiento de las rocas que tienen un alto contenido de hierro. Se desarrolla en cuatro fases que son respectivamente: el tueste, la lixiviación, la purificación y la electrólisis.

El tuesteEl tueste transforma el sulfuro de zinc en óxido. El dióxido de azufre obtenido permitirá obtener ácido sulfúrico que, por una parte entrará en el proceso de fabricación de agentes fertilizantes, y por otra parte continuará su proceso hacia la etapa siguiente denominada lixiviación.El dióxido de azufre que se obtiene gracias a este proceso es transformado en ácido sulfúrico. El mineral de zinc, después de la tostación, es llamado calcina.

LixiviaciónDurante la fase de lixiviación, la calcina es tratada mediante una solución diluída de ácido sulfúrico (180-190 g/l). Esta operación se realiza a una temperatura de aproximadamente 60°C y dura entre una y tres horas. En esta fase, queda todavía un porcentaje que varía entre 10 y 25% de zinc insoluble que va a ser recuperado gracias a una operación complementaria.

Purificación de la soluciónDespués de la lixiviación, algunos elementos externos están todavía presentes en la solución. Su eliminación se realizará con la ayuda de polvo de zinc. La cantidad necesaria de polvo de zinc depende del porcentaje de impurezas que contiene la solución. Esta purificación dura entre una y ocho horas. Al final del proceso, se recuperan las partículas de zinc por filtración.

ElectrolisisUna vez purificada la solución, se vierte en depósitos de electrolisis (tanques de cemento revestidos de PVC), constituidos por ánodos de plomo y de cátodos de aluminio. Esta operación necesita entre 30 y 40°C y va a permitir al zinc depositarse en el cátodo de dónde se le despegará por pelaje (o stripping) cada 24, 48 o 72 horas, según el caso. Finalmente el zinc obtenido es fundido y moldeado en lingotes, que es como será comercializado en el mercado industrial.

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La extracción por vía seca (conocida también como vía térmica o pirometalúrgia)

Esta reducción concierne principalmente a los concentrados ricos en plomo y otras impurezas metálicas que pueden tener valor. La pirometalúrgia es la técnica tradicional de extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio del calor. Se trata principalmente de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. Históricamente, este procedimiento fue el primero en aparecer. Las operaciones se efectúan entre 950 y 1000°C. El zinc obtenido por este método contiene entre 0,5 y 1,5% de impurezas, principalmente de plomo o de hierro y, raramente, cadmio, arsénico, antimonio o cobre. Para obtener un zinc de mayor pureza (alrededor del 99.99%), se debe refinar por licuado en un horno de reverberación con solera y/o por destilación fraccionada.

Proceso del cobreLa pirometalúrgia libera una gran cantidad de gases, entre los cuales suelen destacar los óxidos de azufre, puesto que esta técnica se aplica a los sulfuros. Por ejemplo, los procesos que ocurren dentro de un horno convertidor de cobre (producción de cobre blister) son del tipo:

2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2

2 Cu2O + Cu2S → 6 Cu + SO2

Un proceso que libera SO2 a la atmósfera.

Pirometalúrgia, fundición de cobreOtros gases ligados a la pirometalúrgia pueden ser muy variados: vapor de mercurio en el caso de la tostación de cinabrio o de esfalerita u otras menas ricas en este metal, vapores de arsénico o de cadmio en la tostación de menas de cobre o de cinc, etc.

Esquema de producción del cobre

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Esquema resumido de la pirometalúrgia

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