Introducción a la Minería -Pirometalúrgia Pirometalúrgia Rama 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 part e 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. Procesos En la pirometalúrgia existen dos grandes procesos conocidos comola tostación y la calcinación; aunque ellos por si solos son procesos que ayudan a los mat eriales 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 hasta su descomposición, (300 a 1000°C) transformándolo en óxido y eliminando un producto volátil: CaCO3 CaO + CO2
Durante Durant e la calcinación calcinaci ón se eliminan agua, agu a, bióxido bióxid o de carbono y otros gases. La calcinación puede ef ectuarse en varios tipos de hornos, horno de cub a, 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
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Fundición: 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 La fundición suele i mplicar una etapa de fundición en el mismo horno. horn o. 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 u na mezcla de óxidos metálicos; sin embargo, pueden contener sulfuros de metal y átomos de metal metal en for ma de elemento. Aunque la escoria suele utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos residuos en la fundición del d el 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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Introducción a la Minería -Pirometalúrgia 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 utiliza do 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. Aplicaciones La 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 zinc Esquema 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 zinc En 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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t l di t concent dos presentes en l roca son separados por un proceso de f lotaci n como en el caso de la familia de los platinoides (platino y paladio). Esta t cnica se basa en el hecho de que cuando est n en suspensi n, las par tículas minerales recubier tas de cier tos productos químicos se aglutinan en forma de burbu jas de aire que son insuf ladas por la par te de aba jo de la célula de f lotaci n, para subir luego a la superf icie. Se forma entonces en la superf icie, un depósito espumoso que será recuperado y enviado a través de var ios f iltros. A la salida de este proceso, se recogen diferentes concentrados de zinc.
Ref i i Esta es sin duda la más impor tante etapa del proceso. Con el f in de obtener el metal bruto, la industr ia metal rgica del zinc utiliza dos procedimientos: la hidrometalurgia y la pirometal rgia.
L extracci por vía húmeda (por electróli i o hidrometalurgia ) La hidrometalurgia consiste en la producción, pur if icación o la eliminación de metales o de componentes de metales a través de reacciones químicas. Este método es pr inci palmente utilizado en el tratamiento de las rocas que tienen un alto contenido de hierro. Se desarrolla en cuatro fases que son respec tivamente: el tueste, la li iviación, la pur if icación y la electrólisis.
El tueste El tueste transforma el sulfuro de zinc en óxido. El dióxido de azufre obtenido permitirá obtener ácido sulfúr ico que, por una par te entrará en el proceso de fabr icación de agentes fer tilizantes, y por otra par te continuará su proceso hacia la etapa siguiente denominada lixiviación. El dióxido de azufre que se obtiene gracias a este proceso es transformado en ácido sulfúr ico. El mineral de zinc, después de la tostación, es llamado calcina.
Lixiviación Durante la fase de lixiviación, la calcina es tratada mediante una solución diluída de ácido sulfúr ico (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 porcenta je que var ía entre 10 y 25% de zinc insoluble que va a ser recuperado grac ias a una operación complementar ia. Purif icación
de la solución Después 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 necesar ia de polvo de zinc depende del porcenta je de impurezas que contiene la solución. Esta pur if icación dura entre una y ocho horas. Al f inal del proceso, se recuperan las par tículas de zinc por f iltración.
Electrolisis Una vez pur if icada la solución, se vier t e 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 pela je (o str i pping) 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 industr ial.
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La extracción por ví a seca (conocida tam ién como ví a 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 soleray/o por destilación fraccionada. Proceso del co re La 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 Cu2 O + 2 SO2 2 Cu2 O + Cu2S 6 Cu + SO2
Un proceso que libera SO2 a la atmósfera.
Pirometalúrgia, f undición de co re Otros 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 co re
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Esquema resumido de la pirometalúrgia
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