Proceso del plomo 1. Concentración Los concentrados de plomo son principalmente de galena (PbS) y sólo en contados casos otros sulfuros de plomo. Es posible concentrar gravitacionalmente minerales de plomo por su alto peso específico. Pero por lo general los minerales de plomo son del tipo complejo con zinc, cobre, plata y otros metales por lo que se utiliza la flotación diferencial para obtener concentrados de plomo – zinc y luego procesarlos por el método IPS. Estos concentrados no se pueden tratar en un horno convencional debido al bajo potencial de oxígeno en la cuba del horno, siendo reducido el zinc a vapor y condensando en la parte superior de la cuba tapando la entrada del horno. Los concentrados limpios de plomo aptos para el horno de cuba tienen entre 60-70% Pb y los concentrados mixtos tienen entre 50-60% Zn y 10-20% Pb. La separación y recuperación por flotación de concentrados de plomo y zinc se da principalmente en minerales que contienen galena y esfalerita (ZnS). El primer paso consiste en asegurar que la superficie de la esfalerita no está activada con iones de metal disueltos que la hacen no flotable, para ello se deprime la esfalerita con sulfato de zinc en el molino. En primer lugar se flota el plomo, el cual es hidrofóbico por naturaleza, y luego se flota la esfalerita con la activación de sulfato de cobre, donde los átomos de cobre reemplazan a los de zinc en la superficie de la esfalerita y luego se flota utilizando colectores del tipo flotación cobre. No se obtiene sólo concentrado de plomo ya que se disminuye la recuperación. 2. Sinterización Actualmente no se utiliza mucho la obtención de plomo en los hornos batch, sino que el método más utilizado es de aglomeración llamado sinterización, en la cual se produce un fenómeno de naturaleza química que corresponde a la oxidación (tostación) del concentrado de plomo (galena) con el propósito de remover el azufre del concentrado como SO2, cuya fuente energética de combustión es el propio azufre en un medio oxidante como el oxígeno atmosférico. En segundo lugar ocurre un fenómeno físico donde el material tostado sinteriza, obteniéndose una masa sólida que es principalmente PbO y óxidos de otros metales con la suficiente reactividad y resistencia para permitir el óptimo tratamiento de reducción en hornos de cuba (plomo) o de imperial smelting (plomo – zinc). Este proceso se lleva a cabo en máquinas de sinter Dwight-Lloyd a 800-850°C donde la principal reacción es la oxidación de la galena a PbO y la obtención de SO2:
A este equipo además se recirculan finos de sinter cuyo punto de fusión es 886°C y el del PbS 1119°C que diluyen la carga. El sinter obtenido es una masa sólida porosa que puede tener
algo de plomo metálico por el efecto de la siguiente reacción, que ocurre en limitada extensión ya que el sistema no alcanza el estado líquido.
El sinter contiene 40-50% Pb, 1-10% Zn, 1-2%S, 8-10%SiO2, 5-8%CaO y 12-15% Fe2O3. El cual se chanca y harnea para obtener un tamaño de -3”/+1/4” para la etapa de reducción.
La reducción del óxido de plomo con carbón coke es un proceso termodinámicamente muy simple y puede efectuarse a temperaturas de 400-450°C. Sin embargo se debe tener una escorio fluida por lo que se opera sobre 1000°C. debido a los problemas que presenta el zinc se desarrolló el proceso Imperial Smelting Process, ISP, el cual permite producir tanto plomo como zinc.
3. Proceso ISP para tratamiento de concentrado de plomo-zinc. Este proceso se realiza en un alto horno de plomo modificado y emplea una carga de sinter de concentrado de plomo-zinc chancado y caliente (aproximadamente 800°C) y carbón coke precalentado a igual temperatura como reductor, los cuales se cargan en el tope del horno. El horno tiene una sección transversal (cuba) casi rectangular y provisto de placas de enfriamiento con agua a nivel de las toberas de inyección de aire, sobre la zona de crisol. El aire se sopla precalentado a 700-800°C y al combustionar el coke se genera calor y CO como gas reductor. La reducción ocurre en la cuba del horno en presencia de CO o carbono a 1000°C. el zinc produce una fase de vapor si la presión de oxígeno es muy baja y no se reoxida. Las reacciones del proceso son.
El horno cuenta con un sistema de doble campanas herméticas para evitar escape de gases o entradas de aire, manteniendo la temperatura de salida de los gases en la parte superior del horno por sobre los 1000°C y además para evitar la condensación del zinc. Productos
Los gases de salida contienen 5% Zn vapor, 10% CO2, 20% CO y el resto nitrógeno y entran en un sistema de un condensador horizontal donde hay un baño de plomo líquido a 440°C, el cual es agitado violentamente para producir una lluvia de plomo líquido que condensan el zinc, formando una solución líquida Zn-Pb y fases separadas de estos elementos, la aleación Zn-Pb se forma a 570°C y se deja enfriar a 440°C, donde se separan las fases obteniendo una fase líquida de zinc con 1%Pb que sobrenada la fase más densa de plomo saturada en Zn que se recircula al condensador. Los gases de salida, luego de consensado el zinc, se lavan para eliminar el polvo, la pulpa generada sedimenta y se filtra se envía sinterización. En este sale el llamado polvo azul que es ZnO impuro.
El plomo contenido inicialmente en el sinter de plomo – zinc, ahora como plomo líquido se acumula como bullón en el fondo del crisol, en cambio impurezas como el cadmio se volatilizan junto con el zinc. Los demás elementos contenidos en el sinter como cobre, fierro, antimonio, arsénico y azufre (asociados a los sulfuros o como sulfatos) forman otras fases líquidas a nivel de crisol.
Eje líquido de Cu2S-FeS que se trata en un convertidor de cobre, además contiene algo de oro, plata y plomo. El resto de los metales nobles se encuentran disueltos en el bullón para su posterior refinación.
Un Speiss líquido de As – Fe – Sb que también disuelve níquel y cobalto (si es que hubiese en el concentrado inicial). El speiss se sangra junto con la escoria y se separa para luego enfriar, moler y re enviar a la máquina de sinterización para eliminar tanto arsénico como sea posible por oxidación como As2O3 en los gases.
La escoria generada en este proceso contiene considerable cantidad de ZnO (ya que es soluble en ésta) y puede tratarse separadamente mediante reducción con carbono en un horno de fusión por medio del proceso de fumado (proceso waeltz).
Este proceso requiere un coke de alta calidad y el consumo normalmente es de 0.3 ton de cobre por tonelada de plomo. Cuando el concentrado no contiene mucho zinc, se opera el horno con un potencial de oxigeno lo suficientemente alto para oxidar el zinc a ZnO, el cual se disuelve en la escoria y se puede recuperar por el proceso de fuming.
4. Planta de espumaje. Esta planta posee una batería de ollas donde se recepciona el plomo. La primera etapa corresponde a un decobrizado, donde se mantiene el bullón fundido a 600-650°C en un horno de espumado, para luego ser enfriado en una olla de espumado a 400-500°C (drossing). A esta temperatura se separa una fase sólida Pb-Cu que flota sobre el plomo formando una costra irregular (dross), el cual se oxida al aire a 480°C. la densidad del dross es 9 y la del plomo 11.3. Durante el enfriamiento se pueden ir formando hasta cuatro capas sucesivas de escoria de Cu-OPbO, el eje de Cu2S, speiss de Fe-As-Sb y el bullón de plomo. Una segunda etapa consiste en tratar el bullón con azufre para precipitar el resto del cobre como Cu2S ( insoluble en el bullón)n según la reacción:
Electro refinación del bullón Este elemento sobrenada en el bullón y es eliminado por escoriado manualmente. Una alternativa a la refinación del bullion de plomo es la electrorrefinación del plomo. Para ello, se vacian ánodos de bullion y se electrorrefinan empleando un electrolito de ácido hidrofluorosilícico y fluorosilicato de plomo en agua. La plata, cobre, arsénico, antimonio y bismuto se acumulan en el fondo de las celdas en la forma de barros anódicos los cuales se refinan separadamente. Como el potencial de reducción del plomo (-0.126 V) es muy cercano al del estaño (-0.139) el bullion no debe contener (o muy poco) estaño para la electrorefinación del plomo. La densidad de corriente empleada es de 135-200 Amperes/m2 a 35-45°C. La tensión de la celda es de 0.3-06. V.
