Pirometalurgia Pirometalurgia del Tungsteno
I.
RESUMEN
En la actualidad la industria se mueve a una velocidad impresionante. Todos los días aparecen nuevas tecnologías en el mercado que sustituyen a las ya existentes. Los mercados se tornan muy competitivos y para poder competir en ellos es necesaria la constante renovación. El objetivo de este trabajo es desarrollar una investigación básica usando las metodologías de vigilancia tecnológica que nos permita conocer las diferentes tecnologías aplicadas a la extracción y procesamiento del Tungsteno, con el fin de detectar las tecnologías vigentes a nivel global en el mercado. La Extracción de este mineral se realiza mediante perforación y voladura, para lo cual se utilizan jumbos de un solo brazo, de bajo perfil, especialmente para cámaras y pilares. El movimiento interior de tierras se realiza con palas diesel también de bajo perfil. Además se utilizan cintas transportadoras que llevan el mineral hasta el lavadero de concentración. Luego en el procesamiento se utiliza un chancadora de mandíbulas, el cual realiza la primera disminución de tamaños. El tratamiento del mineral se realiza mediante una separación en medios densos, una concentración en mesas de sacudidas y un apurado en separadores magnéticos de alta intensidad. Los subproductos se obtienen por tratamientos en mesas para el estaño y en celdas de flotación para la calcopirita. Minerales de tungsteno son triturados, molidos, y luego se concentró por una combinación de flotación gravimétrica, y / o métodos magnéticos. Pre concentración en caso necesario, por el mineral de la clasificación, el uso de plantillas, medios y pesados de separación, lixiviación, tostado y de alta tensión (electrostática) la separación también se utilizan en el beneficio de minerales de tungsteno. II.
INTRODUCCION
En la actualidad la industria se mueve a una velocidad impresionante. Todos los días aparecen nuevas tecnologías en el mercado que sustituyen a las ya existentes. El tungsteno es un metal muy escaso en la corteza terrestre, sus usos principales son en las aleaciones con hierro o acero en las cuales entrega alta dureza y alta resistencia a la temperatura, aleado con otros elementos tales como carbono y cromo es apropiado para fabricar aceros rápidos utilizados principalmente para la fabricación de herramientas de corte, perforadoras y brocas. El Tungsteno presenta el punto más alto de fundición de todos los elementos, con excepción del carbón (3.422 ⁰ C / 6.191,6 ⁰ F). Además presenta excelentes propiedades mecánicas de alta temperatura y el coeficiente más bajo de expansión de todos los metales. Es uno de los metales más pesados con una densidad de 19,25 g/cm3. Su conductividad eléctrica a 0 ⁰ C es aproximadamente el 28% de la conductividad que tiene la plata que se caracteriza por ser la más alta de todos los metales. Se caracteriza por presentar la presión más baja de todos los metales, altos módulos de compresión y elasticidad, alta resistencia térmica y alta conductividad térmica y eléctrica. El tungsteno es el metal más importante para las aplicaciones de termo emisión. El beneficio de los minerales de tungsteno generalmente se realiza mediante concentración gravitacional o bien, por flotación,
dependiendo de las características físicas, químicas y mineralógicas del mineral Las especificaciones del mercado actual establecen un contenido mínimo de 65% de WO3 para los concentrados por lo cual las recuperaciones en estas operaciones, varían generalmente entre 65% y 75%. El objetivo de este trabajo es desarrollar una investigación básica usando las metodologías de vigilancia tecnológica que nos permita conocer las diferentes tecnologías aplicadas a la extracción y procesamiento del Tungsteno, con el fin de detectar las tecnologías vigentes a nivel global en el mercado. También descubriremos relevantes datos de la situación actual del Tungsteno, referido a los mercados mundiales. III.
ANTECEDENTES
CARACTERISTICAS DEL TUNGSTENO
Elemento químico de símbolo W, de número atómico 74 y peso atómico 183,85. Este metal tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y brillo metálico gris plateado. Su punto de fusión de 3410 º C, es el más alto de los metales. El metal exhibe una baja presión de vapor, alta densidad y gran fuerza a temperaturas elevadas en ausencia de aire, y es extremadamente duro. Desde el punto de vista químico, el tungsteno es relativamente inerte. No lo atacan con facilidad los ácidos comunes, los álcalis o el agua regia. Reacciona con una mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico. Las sales oxidantes fundidas, como el nitrito de sodio, lo atacan fácilmente. El cloro, el bromo, el yodo, el dióxido de carbono, el monóxido de carbono y los azufres gaseosos reaccionan con tungsteno sólo a altas temperaturas. El carbono, el boro, el silicio y el nitrógeno también forman compuestos con él a temperaturas elevadas; con hidrógeno no reacciona. HISTORIA DEL TUNGSTENO
La palabra tungsteno proviene del idioma sueco y signific a “piedra pesada”, (tung: pesado y Sten: piedra) y fue descubierto en el año 1781 por C.W.Scheele, quien lo describe en su memoria denominada Tungsten bestands – delar. En 1783 los hermanos españoles Juan José y Fausto Elhuyar lograron aislar el elemento wolframio; ellos publicaron sus memorias denominadas “Análisis químico del Volfram y examen de un nuevo metal que entra en su composición”, en la cual describen el procedimiento empleado para aislar el elemento.
El año 1847 es una fecha significativa ya que por primera vez se logró la obtención industrial del tungsteno. En aquel año R. Oxland patentó la manufactura de tungstato de sodio y acido tungstico, la cual es la base o punto de partida para la metalurgia del tungsteno. Los primeros intentos para producir acero tungsteno se deben a J. Jacob y Koeller el año 1855 según Gruner. En el año 1898 Taylor y White, descubrieron que el acero que contiene wolframio, puede ser empleado para cortar los demás aceros con gran rapidez. En 1909 Coolidge patento el filamento de tungsteno para bombillas eléctricas. El año 1927 el laboratorio Krupp logró exitosamente eliminarle al carburo – tungsteno lo quebradizo, con lo cual su uso se masificó, ya que éste conjuntamente con el diamante, es el agente abrasivo más duro que se conoce.
MERCADO MUNDIAL DE TUNGSTENO PRODUCCION Y SUMINISTRO – HISTORIA APT Para tungstato de amonio, es un material cristalino blanco finamente dividido. Se produce mediante la evaporación de una solución purificada de tungstato de amonio para obtener cristales puros de paratungstato. China, que posee las reservas más grandes del mundo y los costos más bajos de producción, ha inundado el mercado mundial llevando los precios del APT y los de concentrado de WO3 por debajo de los costos de producción de la mayoría de los demás productores. Los precios del APT reducidos por los productores chinos, solamente se sitúan marginalmente por debajo de los precios de los concentrados, en aproximadamente US$ 50/MTU (unidad de tonelada métrica = 10 kg). Varias minas de tungsteno y muchos productores de APT en América, Asia y Europa se han visto obligados a salir del negocio y cerrar. Además, se han abandonado rápidamente los programas de exploración y de desarrollo de minas localizadas fuera de la China. El paratungstato de amonio es un producto intermedio en la producción de metales de tungsteno y de otros productos de tungsteno. FIN DE LOS AÑOS 1990 – 2000: UN CAMBIO EN LA OFERTA Y LA DEMANDA La emergencia y el rápido crecimiento de la economía china sobre el mercado mundial empezaron a mitigar el precio de los concentrados y productos de tungsteno. El rápido crecimiento de la demanda china por los productos de tungsteno para el mercado nacional causó una disminución de la disponibilidad de estos productos fuera de China. El gobierno chino empezó a aplicar políticas de restricción de proyectos mineros y de tasación en las exportaciones de concentrados de tungsteno con la finalidad de conservar los recursos para las necesidades nacionales futuras en la China. Estas políticas llevaron a una explosión del precio de tungsteno en 2005. Las empresas extranjeras comprendieron la necesidad de encontrar una fuente extranjera para el suministro de tungsteno y de sus productos en el largo plazo. Esto rápidamente llevó a incrementar la inversión en la exploración y en actividades de desarrollo de minas fuera de la China principalmente en Vietnam, en Australia y en las Américas. EL MERCADO DE TUNGSTENO – HOY Y MAÑANA El gobierno chino está restringiendo los programas mineros y fomenta el procesamiento de concentrados para obtener productos de mayor valor agregado, como productos de tungsteno semiacabados y acabados. China se ha convertido en un importador de concentrados y de tungsteno reciclado. PANORAMA MUNDIAL La International Tungsten Industry Association estima que el consumo mundial de
wolframio primario en todas sus formas (concentrados, óxidos, wolframatos, carburo, ferrowolframio) subió en 1995 el11% respecto al año anterior, lo que le situaría en unos 48,9 kt. Con una producción minera que se estima creció un 2,8% a 25,1 kt, no es de extrañar que los precios se incrementaran de nuevo, en un 50,7% los concentrados y en un 27,6% el parawolframato amónico (APT), producto básico para la preparación del polvo de metal y el carburo (widia).
Los mayores aumentos del consumo se dieron en Japón (+ 1,35 kt) y EEUU (+ 0,7 kt). Las exportaciones chinas, 21,25 kt, rozaron el récord de 1994 (21,95 kt), y las rusas subieron a 5,9 kt (4,3 kt en 1994), a pesar de que su producción no pasó de 4 kt, lo que evidencia que recurrieron a la liquidación parcial de los almacenamientos. Otro tanto se sospecha que está ocurriendo en China, pues con una producción comprendida entre 10 y 21 kt/a, según los distintos analistas, se precisaría una aportación adicional de20-10 kt para satisfacer un consumo interno de 10-11 kt/a y unas exportaciones de 21 kt/a. La comparación desde 1985 de la producción china con su demanda interna y las exportaciones sugiere que China ha vendido, al menos, unas 30 kt de wolframio contenido de sus stocks. La gran incógnita es la cuantía de los stocks remanentes en poder de chinos y rusos, que pudieran estar ya próximos al agotamiento. Quizá el temor a que esta sospecha se materialice, junto a los continuos anuncios de descensos en la producción china, bien por cierre de pequeñas pero numerosas minas marginales, bien por recortes voluntarios para forzar los precios al alza (las 21 plantas estatales de Jiangxi, Hunan y Guangdong pararon en 1995 durante dos meses con este fin), ha podido inducir a los consumidores a acrecer sus stocks como prevención de una próxima escalada de los precios, tanto más temible cuanto que los proyectos de nuevas explotaciones son prácticamente inexistentes, limitándose a la reapertura de minas cerradas hace más o menos años a causa de los bajos precios reinantes. Cierto es que el stockpile estratégico norteamericano contiene todavía 37 kt de wolframio contenido, y que el concepto "estratégico" ha perdido mucho sentido desde el fin de la "guerra fría", pero el gobierno USA no ha autorizado venta alguna desde 1989. Por lo que pudiera acontecer, algunas empresas empezaron en 1994 a tomar posiciones en el sector productor, destacando las canadienses Avocet Resources e INMET Mining Corp. La primera se ha hecho con el control de los yacimientos de Panasqueira (Portugal) y Regina y Málaga (Bolivia), con una opción sobre el 10,6%del de Lermontov (Rusia) y con el 50% del de Pine Creek (California, USA; 1,36 Mt de549 recursos con 0,5% WO3), y ha adquirido a US Tungsten Corp., filial de Strategic Minerals Corp., la factoría de APT de Bishop (California). La segunda ha adquirido el 73,26% de la austríaca Wolfram Bergbau und Hüttengesellschaft (WBH), con la mina de scheelita de Mittersill y la planta de fabricación de carburo de wolframio y de polvo de metal de Bergla. El mercado mundial está dominado ampliamente por China, que ha desarrollado una fuerte industria transformadora, de forma que más del 90% de sus exportaciones, que suponen año tras año alrededor del 60% de los intercambios comerciales globales, consisten en parawolframato amónico, carburo y otros productos de mayor valor añadido, representando los concentrados menos del 10%. En 1995 importó, incluso, 1,45 kt de concentrados (0,4 kt en 1994) para abastecer su industria de 1ª transformación. Hay que señalar que el reciclado de chatarras de wolframio supone ya cantidades significativas, particularmente en Estados Unidos, donde en 1995 aportó 2,1 kt de W , el 13% del consumo total (24% en1994). La amenaza de los productos sustitutivos es permanente, sobre todo en campos como los del"metal duro" para herramientas de corte, donde las cerámicas especiales y los composites cerámico-metálicos están en continuo desarrollo, y del alumbrado eléctrico, habiendo aparecido ya en el mercado una lámpara sin filamento de wolframio, para usos comerciales e industriales, que se dice es de mayor eficacia lumínica y menor disipación de energía en calor.
PRODUCCION MINERA
Por el momento se desconoce la cuantía en 1995 de la producción china, que en los últimos años viene significando el 70-80% de la mundial, por lo que resulta arriesgado estimar esta última. No obstante, y atribuyendo a aquélla un nivel similar al alcanzado en 1994, podría aventurarse la cifra de 25,1 kt de metal contenido para la producción minera mundial wolframio en 1995. Esto supondría una recuperación de la misma del 2,8% respecto al año anterior, tras cuatro años de recortes sucesivos al máximo de 51,7 kt de W contenido alcanzado en 1990, y sería coherente con la reanudación de la actividad minera en la Unión Europea (Portugal y Austria, + 1 620 t), el incremento registrado en Iberoamérica ( + 495 t, sobre todo en Perú y Bolivia), la aparición de Vietnam como país productor (50 t) y la pérdida de producción en la CEI ( – 1 150 t), siempre y cuando la producción china fuera del orden de 17 kt. En Portugal, la canadiense Avocet Ventures compró en 1994 el 81% de Beralt Tin and Wolfram, que explotaba el conocido yacimiento de estaño-wolframio de Panasqueira, restableciendo la producción al ritmo de 120 t/mes; en 1995 extrajo 1 511 t de concentrados y alguna cantidad de concentrados de estaño, y se está montando un nuevo lavadero en Barroca Grande, que recuperará también el cobre. En Austria ha sido la también canadiense INMET (anteriormente Metall Mining Corp.) la que reabrió en 1995 la mina de scheelita de Mittersill (Salzburgo), cerrada a finales de 1992, tras adquirir el 73,26% de Wolfram Bergbau und Hüttengesellschaft (WBH), a Metallgesellschaft AG y Teledyne Inc. La capacidad prevista de producción es de 1,7 t kt/a WO3 contenido (1,3 kt W), habiéndose obtenido 650 t en 1995. WBH posee en Bergla una planta de fabricación de carburo de wolframio y de polvo de metal, siendo, junto con Sandong , en Corea del Sur, los únicos productores integrados verticalmente. Avocet se ha hecho también con el control de la minería de wolframio peruana, al comprar a finales de 1994 el 80% de Minera Regina y el 72% de Minera Málaga ( Fermín Málaga Santaolalla), abordando seguidamente la rehabilitación de las explotaciones: la mina Palca
11 doblará la producción de concentrados a 150 t/mes y Málaga subirá a 80 t/mes La producción de la CEI (ex URSS) procede fundamentalmente de Rusia, y en concreto de las minas de Tyrny-Auz, Lermontov y Primosky-Gok, con una pequeña aportación de Kazakhstan y, pro550 bablemente, de Uzbekistan. La más importante es la primera, ubicada al Norte del Cáucaso, con 374 Mt de reservas de baja ley en W y Mo; todo el mineral se envía a la fundición de Nalchik, a 80 km, para su procesado. La mina se está reestructurando para extraer selectivamente los minerales más ricos, con0,19% W y 0,035% Mo. A primeros de 1996 Avocet ha tomado una opción sobre el 10,6% de Lermontov.
PRODUCCION MINERA MUNDIAL DE WOLFRAMIO ( t de W contenido)
IV.
ANALISIS
Gracias a nuevas tecnologías se han dado pasos bastantes extensos en el ámbito, procesamiento del tungsteno, utilizándo molinos de barras (rod mil), ciclones (cyclones), Flotación de sulfuros (sulfide flotation), Mesas de gravedad (gravity tables), Flotación de scheelita (scheelite flotation), tostadores (roaster) y separadores magnéticos (magnetic separator). Minerales de tungsteno son triturados, molidos, y concentrados por una combinación de flotación gravimétrica, y/o métodos magnéticos. Preconcentración en caso necesario, por el mineral de la clasificación, el uso de plantillas, medios y pesados de separación, lixiviación, tostado y de alta tensión (electrostática) la separación también se utilizan en el beneficio de minerales de tungsteno. La concentración tiene por objeto elevar las leyes del mineral para que responda a las especificaciones que rigen para su venta. El mineral tal cual se extrae de la mina, tiene siempre leyes bajas. A tal efecto, después de su trituración, molienda y clasificación granulométrica se distribuye en los distintos elementos que comprende la planta de concentración, separándose el material estéril y liviano, del más pesado que representa el concentrado. Este es el resultado de la primera fase del proceso.
Geográficamente, el consumo de tungsteno está bastante difundido, aunque China representa aproximadamente el 40% del consumo mundial total, Europa y Estados Unidos también son mercados importantes para el tungsteno y sus productos. En la India la demanda de tungsteno está aumentando rápidamente. La demanda mundial de tungsteno ha experimentado un rápido crecimiento impulsado por la tasa de crecimiento anual de la economía china de más de 10% durante los últimos cinco años. Si bien la producción minera mundial en 2006 se ha estimado en 73.300 toneladas (USGS, 2007), solo ha aumentado un poco durante los últimos años.
Los mayores depósitos de tungsteno se encuentran en fajas plegadas del lejano oriente, en China, Tailandia y además en el norte de Corea y Japón, como así también se pueden encontrar depósitos en Australia y en la faja alpina de Francia, Austria; Turkía y en el Caucazo. En América existen un número importante de depósitos, como Canadá, USA, Bolivia y Perú.
Tabla 1: Producción estimada de concentrados de tungsteno por países
Fuentes: United States Geological Survey Mineral R esources Program.
Tabla 2: Explotación mina y r eservas estimadas.
LOS PRECIOS
Según Metal Bulletin , la cotización media de los concentrados de wolframita-scheelita, cif Europa, min. 65% WO3, en $/t mtu WO3 contenido (1 mtu equivale a un 1% de ley, o sea a 10 kg de WO3 o a 7,93 kg de W por t) subió en 1995 un 50,7% respecto al año anterior, alcanzando 63,95 $/mtu como promedio anual. Este valor, no obstante, está muy por debajo del nivel medio en torno a 145 $/mtu vigente en el período 1977-81, y del máximo histórico de 170,95 $/mtu de 1976. A partir de 1992, MB publica también precios medios del parawolframato amónico (APT) en los mercados libres europeo y americano, en $/t mtu (o stu, unidad por t corta). De acuerdo con los datos ofrecidos, el APT subió más moderadamente, en un 27,6%. En el cuadro y gráfico siguientes se recoge la evolución desde 1987 del precio medio de los concentrados según Metal Bulletin, y su contravalor en pesetas corrientes y constantes de 1985.
COTIZACION DEL MINERAL DE WOLFRAMIO (min. 65% WO3, cif RU)
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El tungsteno es y será de importancia vital para la industria bélica, junto con el molibdeno seguirán siendo utilizados en numerosos y diferentes materiales de guerra. Actualmente, forma parte de nuestra vida cotidiana, empezando por la fabricación de lámparas y válvulas eléctricas, sus aleaciones duras son empleadas a gran escala en la fabricación de planchas blindadas, pieza de artillería, cañones, proyectiles y para el recubrimiento resistente a la erosión en la artillería pesada. La aplicación metalúrgica más importante se registra en la fabricación de herramientas de corte rápido, hojas de afeitar, navajas, cuchillos, sierras para metales, limas válvulas e imanes permanentes. El tungsteno también tiene mucha aplicación en la construcción de aviones y automóviles. Una de las aplicaciones esenciales es la fabricación de telas incombustibles. Sirviendo también en la preparación de pigmentos para pinturas y cerámicas. Se aplica también en las modernas plantas de destilería de petróleo como catalizador, para producir nafta de elevado octano, en la fabricación de trinitrotolueno (T.N.T) y otros explosivos. Por su elevado peso específico, los minerales de tungsteno se concentran con facilidad. Para eso se usan instalaciones especiales construidas por trituradoras, molinos, zarandas, clasificadores, mesas de concentración, etc. y según las características del mineral, plantas de concentración por flotación. Las plantas modernas construidas en concordancia con las características de los minerales a tratar, están en condiciones de recuperar el 85 a 90% del total del mineral de tungsteno, siendo por lo tanto el 10 al 15% las pérdidas de dichas plantas. Se hace necesario buscar y aplicar técnicas adecuadas para que dicho mineral, especialmente los de baja ley, puedan entrar al mercado actual maximizando, a la vez la recuperación y extrayendo los subproductos valiosos, cuando sea necesario. En este contexto y a estudios anteriores, surge la necesidad de seguir investigando sobre el tungsteno, y principalmente en nuestro caso, el mineral de scheelita.
VI.- BIBLIOGRAFIA
Tecnologías de extracción y procesamiento del tungsteno PDF. Prof. D. Valenzuela Van Treek.
www.igme.es/internet/PanoramaMinero/Historico/1994.../WOLFRAM.pdf
PIROMETALURGIA DEL TUNGSTENO
VILLCA BETETA VICTOR RAUL
