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Fundentes y Escorias Tecsup Virtu@l

Lima – Perú 2008

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Tópicos de Fundición de Minerales de Oro

INDICE

FUNDENTES Y ESCORIAS

1. 2. 3.

Ontroducción....................................................................................................1 Objetivos .........................................................................................................1 Propiedades de los fundentes ............................................................................1 3.1 Fundentes oxidantes ................................................................................. 2 3.2 Fundentes reductores ................................................................................ 2 3.3 Fundentes neutros o reguladores ............................................................... 3 3.4 Metales colectores ..................................................................................... 3 4. Descripción de los principales fundentes ............................................................3 5. Capacidad reductora de sustancias usadas en la cuantificación del oro y la plata ..6 5.1 Composición de una mezcla fundente ......................................................... 6 5.2 Mezcla fundente para diversos concentrados ............................................... 6 6. Principales reacciones durante la fundición .........................................................7 7. Las escorias .....................................................................................................8 8. Cuantificación del proceso ............................................................................... 10 9. Práctica del análisis químico de oro por fundición ............................................. 14 10. Resumen........................................................................................................ 19

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UNIDAD II

FUNDENTES Y ESCORIAS 1. INTRODUCCIÓN Previamente a describir los procesos de fundición, invitamos a los participantes de este curso virtual a identificar los fundentes usados en la pirometalurgia del oro y las escorias que se producen en el proceso. Si bien es cierto que la separación del oro y plata contenidos en diversos concentrados y minerales, se realiza preferentemente y en forma satisfactoria mediante fusión, fundamentados en explicaciones empíricas que no eran suficientemente conocidos. Actualmente, con el conocimiento de los mecanismos físicos y químicos se puede determinar e identificar fácilmente las principales variables del proceso. Mediante la identificación de las diversas reacciones químicas de oxidación y reducción que ocurren entre los fundentes y la ganga durante el proceso de fusión, se puede cuantificar una adecuada carga de fundentes en concordancia a la temperatura y su velocidad de incremento, a las características de los materiales y reactivos usados, principalmente en función a la composición del concentrado a fundirse. El producto de la mezcla óptima de fundentes, colector y concentrado aurífero, permitirá conseguir; fundamentalmente, una escoria fluida que, a través de la cual precipiten hacia la base del crisol. Los minúsculos glóbulos fundidos de metal precioso en su trayectoria se conectan con otras partículas de metal, todas en su conjunto, en la base del crisol darán a la formación del Doré. 2. OBJETIVOS a) b) c) d)

Identificar y caracterizar los fundentes usados en los procesos de fusión. Diferenciar y seleccionar los fundentes adecuados de un proceso específico. Identificar y caracterizar las escorias producidas en los procesos de fusión. Cuantificar las reacciones químicas estequiométricas.

3. PROPIEDADES DE LOS FUNDENTES Este tema es tratado ampliamente en otra parte del curso virtual, pero es necesario adelantar las siguientes propiedades: a) La temperatura de fusión debe ser inferior a la de los metales a recuperar. b) La densidad en estado de fusión debe ser menor que la de los componentes del concentrado aurífero.

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c) d) e) f)

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Debe solubilizarse en el metal para que su acción química sea eficaz. Los óxidos formados no deben ser solubles en el baño metálico. Debe tener una baja presión de vapor y no desprender gases tóxicos. En estado fundido, debe tener gran avidez por los óxidos metálicos base y otras impurezas.

El objetivo de la carga fundente (Flux) es producir una escoria con las siguientes propiedades: • • • • • • •

Bajo punto de fusión Baja viscosidad Baja densidad Alta solubilidad de los óxidos de los metales básicos No solubilidad de los metales preciosos Mínima acción sobre los refractarios (corrosión / abrasión) Fácil de romper para volver a ser tratado (Vidrioso y frágil)

CLASIFICACIÓN DE LOS FUNDENTES Previamente al desarrollo de los procesos pirometalúrgicos, es importante detenernos a revisar la aplicación de los reactivos fundentes. La clasificación de los fundentes, está generalmente basada en su acción frente a los componentes del material a fundirse, ellos pueden ser llamados fundentes oxidantes, fundentes reductores y fundentes neutros o reguladores. 3.1 FUNDENTES OXIDANTES Estos fundentes oxidantes o depuradores, proporcionan oxígeno para convertir los metales base en óxidos y escorificarlo. Entre ellos tenemos: • Nitrato de potasio • Nitrato de sodio • Cloruro de sodio Este último es usado generalmente para purificar el oro de alta ley. Escorifica la plata, el cobre, el zinc y otros metales. 3.2 FUNDENTES REDUCTORES Los fundentes reductores son los que eliminan el oxígeno, o se combinan con él y pasan a la escoria. Transformando los óxidos metálicos a metales propiamente. En la mayoría de los casos es requerido únicamente para transformar el óxido de plomo a plomo metálico, actuando éste como colector del oro y la plata. Entre las sustancias que actúan como reductores, tenemos:

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• • • • • •


El carbón vegetal. Las harinas vegetales. El zinc. El hierro. El carbonato de sodio. El carbonato de potasio.

3.3 FUNDENTES NEUTROS O REGULADORES Son los que no producen oxidación ni reducción, sirven como solvente de las impurezas producidas por la acción de los fundentes oxidantes y reductores. Su presencia en cantidad considerable, es importante para proporcionar la fluidez y solubilidad de las impurezas. A este grupo pertenecen: • • •

Bórax. Sílice. Vidrio molido.

3.4 METALES COLECTORES Entre los metales colectores del oro, podemos mencionar en orden a su efectividad; la plata, el plomo, el cobre y el zinc. Estos metales son adicionados en forma de polvo o como limaduras, con la finalidad de lograr una gran dispersión en la mezcla y colectar la totalidad del oro presente. El plomo es el metal comúnmente conocido para colectar el oro, pero no los metales del grupo del platino. El plomo suministrado como litargirio, se mezcla íntimamente con el material aurífero y los fundentes apropiados. La plata es mejor colector del oro que el plomo. Por razones económicas usualmente es empleado en combinación con plomo. Esta aplicación de la plata no debe ser confundida con su uso para incuartación en el proceso de partición o separación del oro. Las ventajas que brinda el cobre como reactivo colector también son de interés; primordialmente, disminuye la contaminación ambiental (en comparación al plomo es nula). La dificultad de uso es superado fácilmente mediante una adecuada mezcla de fundentes. 4. DESCRIPCIÓN DE LOS PRINCIPALES FUNDENTES A continuación, en la Tabla 1 se citan los reactivos que se utilizan con más frecuencia en el proceso de extracción y/o recuperación de los metales preciosos contenidos en los materiales auríferos.

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Tabla 1: Fundentes usados en la recuperación de los metales preciosos

Nombre

Fórmula

P. Molecular

T. Fusión °C

Bórax granulado Carbonato de sodio Nitrato de potasio Sílice Carbón

Na2B4O7 NaCO3 KNO3 SiO2 X.CN

201,2 106,0 1001,1 60,0 -----

742 852 339 1723 -----

La tabla 1 ha sido extraída del libro de Vladimir Arias que es referenciada en la bibliografía del texto virtual. Sobre la base del texto de Vladimir Arias, a continuación presentamos la descripción de cada reactivo fundente. BORAX El bórax es el tetraborato de sodio, reactivo fuertemente ácido, se presenta bajo la forma de cristales transparentes o como polvo blanco, su fórmula química es Na2B4O7.10H2O, (contiene 47% de agua). Cuando es calentado por encima de 60°C empieza a perder agua hasta 350°C, cuando ya se encuentra libre de agua su densidad aumenta a 2.37. Sus propiedades más importantes son: • • • • • • •

Es soluble en agua. En solución disuelve los óxidos metálicos. Densidad en estado cristalizado, 1.71 En estado fundido sirve de solvente a los óxidos metálicos y demás Funde a 878°C. Al combinarse con los metales facilita su fusión. No disuelve el carbón ni el grafito.

impurezas.

CARBÓN VEGETAL Este material es utilizado en forma de polvo, el cual ayuda a reducir los metales o sea, a convertir los óxidos metálicos a metales propiamente. CARBONATO DE SODIO El carbonato de sodio, reactivo poderosamente básico, es considerado un desoxidarte y desulfurante. Su fórmula química es Na2CO3, se presenta en forma de polvo anhidro, cuya densidad es 2.53 y en estado cristalino su fórmula es Na2CO3.10H2O. Sus propiedades más importantes son: • Soluble en agua. Pág. 4

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• • •


Densidad en estado cristalino, 1.45 Es higroscópico, o sea que absorbe agua del aire. Funde a 850°C y a 950°C se disocia parcialmente, despidiendo dióxido de carbono.

CLORURO DE SODIO Es la conocida sal de cocina o sal común, NaCl, cuya densidad es 2.17, se encuentra en forma de cristales incoloros. Sus principales propiedades son: • • •

Soluble en agua. Temperatura de fusión 800°C Es higroscópico.

Generalmente es usado en la fundición del oro a fin de eliminar las impurezas en forma de cloruros. NITRATO DE POTASIO La más conocida como sal de nitro, es un poderoso reactivo oxidante, se presenta en forma de cristales incoloros, cuya densidad es 2.1. Sus principales propiedades son: • • • • •

Es soluble en agua. Temperatura de fusión 339°C. Se descompone cerca a los 400°C, liberando oxígeno. La gran desventaja de su uso es de oxidar la plata y causar la ebullición del baño. Generalmente es utilizado para purificar aleaciones de oro.

SILICE Es un reactivo de propiedades ácidas, se suministra en forma de polvo blanco. Produce una escoria fluida. Se combina fácilmente con los óxidos metálicos, especialmente con el óxido de hierro. Protege al crisol de la acción corrosiva del litargirio y el bórax. VIDRIO MOLIDO Se utiliza en esa forma a fin de facilitar el contacto con los óxidos y escorificarse. Efectúa funciones muy similares a la sílice, por ello en algunos lugares preferiblemente se utiliza la sílice.

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5. CAPACIDAD REDUCTORA DE SUSTANCIAS CUANTIFICACIÓN DEL ORO Y LA PLATA

USADAS

EN

LA

Este tema es importante para entender lo que ocurre en los procesos de fusión, por lo que invitamos al participante del curso virtual a detenerse en este tema y no continuar hasta comprenderlo. En la cuantificación de los metales preciosos, la principal sustancia que quiere ser reducido y así poder cumplir su cometido, es el óxido de plomo (litargirio); para ello, generalmente se usa el carbón vegetal en polvo. La sustancias que frecuentemente suele suplir al carbón vegetal (y sin producir efectos secundarios), tienen las siguientes capacidades de reducción. Almidón de yuca.......................... 8 Azúcar a granel........................... 10 Carbón vegetal............................ 20 Harina de trigo............................ 11 Chatarra de hierro....................... 3

- 13 - 14 - 28 - 15 - 6

5.1 COMPOSICIÓN DE UNA MEZCLA FUNDENTE La composición de la mezcla de fundentes es determinada en base al análisis químico del material a fundir, pero ello, generalmente no es posible, por el gasto que ocasionaría, especialmente cuando se va a recuperar materiales provenientes de pequeños talleres. Un conocimiento del porcentaje aproximado de los constituyentes químicos del material, permitirá calcular la composición de la mezcla fundente. La composición de estas mezclas puede presentar grandes diferencias, dependiendo del tipo de residuo. Por la experiencia en el tratamiento de materiales y metales auríferos, se puede recomendar utilizar las siguientes cargas de fundentes. 5.2 MEZCLA FUNDENTE PARA DIVERSOS CONCENTRADOS a) Fundente para precipitados con zinc. El precipitado obtenido es fundido con una cantidad apropiada de una mezcla de fundentes, a fin de lograr una rápida fusión, con la consiguiente fluidez de la escoria y garantizar su limpieza. Para 10 kilos de precipitado, se recomienda utilizar: • • •

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Bórax granulado .. Carbonato de sodio Nitrato de potasio

3 kilos. 5 kilos. 1/2 kilos.

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•


Sílice en polvo ....

1.0 kilos.

Estos reactivos y el precipitado deben ser íntimamente mezclados, reduciéndose completamente cualquier grumo o terrón, de ésta manera contribuir a la eficiencia del proceso. b) Fundente para recortes y productos de deformación. Este material generalmente se cubre con una mezcla de bórax y carbonato, en cantidad tal que cubra el metal fundido y evite la oxidación. Por cada 100 gr. de metal, se recomienda utilizar: • •

Carbonato de sodio Bórax

10 gr. 20 gr.

c) Fundente para la ceniza de las lijas. Por cada 1000 gr. de ceniza, se recomienda utilizar: • • • • •

Carbonato de sodio Bórax Litargirio Sílice Carbón vegetal

800 gr. 500 gr. 250 gr. 400 gr. 50 gr.

Esta mezcla de fundentes también, en algunos casos es útil para fundir el polvo rojo. d) Fundente para el oro fino. En este caso, los fundentes sirven para eliminar parte de las impurezas del oro casi puro. El oro afinado por encuarte, suele tener un título de 980 a 996 milésimas y si, al fundirlo, el título mejora en varias milésimas. Por cada 100 gr. de oro, se recomienda utilizar: • •

Nitrato de potasio Bórax

10 gr. 10 gr.

6. PRINCIPALES REACCIONES DURANTE LA FUNDICIÓN Sobre la base del artículo de Vladimir Arias presentado en la Convención Minera de 1997, a continuación presentamos las reacciones químicas que se han identificado durante el proceso de fundición:

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El bórax es un poderoso reactivo ácido con gran afinidad por los óxidos metálicos. Sin embargo, el exceso de bórax es perjudicial, previene la formación de una escoria fluida y la separación del régulo. 3MO + Na2B4O7 + 2SiO2

Na2B2O4 + MB2O4 + 2MSiO3

(1)

3M2O3 + 3Na2B4O7 + 6SiO2

3Na2B2O4 + M2(B2O4)3 + 2M2(SiO3)3

(2)

3MSO4 + Na2B4O7 + 2SiO2

Na2B2O4 + MB2O4 + 2MSiO3 + 3SO3

(3)

3Na2CO3 + Na2B4O7 + 2SiO2

2 Na2B2O4 + 2Na2SiO3 + 3CO2

(4)

El carbonato de sodio es un poderoso fundente básico que prontamente forma silicatos alcalinos y por su acción química es considerado como un reactivo oxidante y desulfurante. En combinación con el litargirio forma sulfatos. MS +4PbO + Na2CO3

MO + 4Pb + Na2SO4 + CO2

2FeS2 + 14PbO + 4Na2CO3 + SiO2

(5)

14Pb + 4Na2SO4 + Fe2SiO4 + 4CO2 (6)

10FeS2 + 28KNO + 6Na2CO3 + 5SiO2

14K2SO4 + 6Na2SO4 + 5Fe2SiO4 + (7) 14N2 + 6CO2

5M2S + 8KNO

5M2O + 4K2SO4 + SO3

(8)

4KNO3 + 2SiO2

2K20.2SiO3 + 2N2 + 4O2

(9)

2PbO + C

2Pb + CO2

(10)

El silicato es un reactivo ácido muy fuerte. En combinación con el litargirio y otros óxidos metálicos forman silicatos de gran estabilidad, tomando parte fundamental de las escorias y favoreciendo su clasificación.

7. LAS ESCORIAS Sobre la base del texto de Vladimir Arias, una escoria puede ser definida como una fase que contiene substancias inútiles de un mineral y que, inevitablemente estará en cualquier proceso pirometalúrgico que involucre sistemas fundidos. Las escorias consisten, por lo general, en mezclas solicitadas, a continuación para diferentes procesos de fusión de minerales o concentrados de cobre, y su composición se maneja de manera de obtener un material lo suficientemente fluido a fin de permitir una buena separación de la fase metálica. Aún cuando los mayores constituyentes son la sílice y los óxidos de hierro, también pueden encontrarse otros tales como cal u alúmina, pero en porcentajes inferiores al 20% del total. Es esta la razón por la que los estudios de la termodinámica de

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escorias ligadas al cobre se han emitido normalmente a simples sistemas hierro– silicatos. De acuerdo con F. Habashi, todas las escorias poseen, en alguna medida, propiedades de refinación y esta propiedad va adquiriendo mayor importancia cuanto más cercana al metal puro es la etapa de extracción. En particular, en el caso del color, estas escorias tienen un rol fundamental durante la pirorrefinación, en la disolución de impurezas de la fase metálica. En la fundición de metales preciosos, las escorias, generalmente, están formados por óxidos, silicatos y boratos, también pueden contener sulfuros, carburos y haluros. Las escorias recogen todos los componentes indeseables de la mena y debido a su gran inmisibilidad con los metales fundidos, estos se separan de sus componentes indeseables. Siguiendo con Habashi, cuyo texto está referenciado en la bibliografía de este curso virtual, para dotar a la escoria los valores deseados de: punto de fusión, viscosidad, densidad y propiedades químicas, se añade una carga regulada de fundentes. Los fundentes comunes, más usados en la cuantificación de los valores del oro y la plata, son: la sílice, el bórax, el carbonato de sodio y el nitrato de potasio. Otros reactivos, como el metal colector, deben contribuir a obtener las características físicas y químicas deseadas. PROPIEDADES DE LA ESCORIA Sobre la base del texto de Vladimir Arias, los fundentes en común se caracterizan por tener bajas temperaturas de fusión, y ello debe ser complementada con una apropiada viscosidad a al temperatura de trabajo. Para los denominados líquidos newtonianos, la viscosidad a temperatura y composición constante no depende de la velocidad de deformación cortante, sino exclusivamente de la composición y temperatura. El efecto de la temperatura es muy distinto entre las escorias ácidas y básicas. En el caso de las escorias básicas la viscosidad aparente aumenta sólo ligeramente al disminuir la temperatura y luego mas rápido a medida de que se precipitan las fases sólidas. En el caso de alto sílice, la viscosidad aumenta más gradualmente al disminuir la temperatura. La viscosidad a temperaturas alrededor de 1200°C, se incrementa al aumentar el contenido de sílice y se ve contrarrestada por la presencia de los denominados óxidos básicos, la que atribuye a la ruptura de puentes de oxígeno en la estructura de aniones silicato. La densidad es una función directa de la composición de la escoria y la determinan la presencia de óxidos metálicos. Los óxidos de hierro incrementan notablemente la densidad de las escorias.

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La tensión superficial de las escorias Líquidas deben estar en el orden de 300 a 400 dinas/cm., y en general, disminuyen al aumentar el contenido de sílice y los óxidos de metales alcalinos, en tanto que la caliza y los óxidos de hierro aumentan la tensión superficial de la escoria. La tensión superficial disminuye ligeramente al incrementarse la temperatura. En resumen, las características que debe poseer la escoria en una operación pirometalúrgica eficiente: a. La escoria debe encontrarse completamente líquida a la temperatura de fusión del metal. b. La escoria debe ser fácilmente manejable durante el proceso, esto es, debe existir un compromiso entre una baja viscosidad y una buena fluidez. c. Las escorias que van a descarte deben contener mínimas cantidades de metal, disuelto o en suspensión. d. El rango de operación de la escoria debe ser tal que admita variaciones tanto en la composición de la escoria como en la alimentación al horno de fundición. e. La escoria debe asegurar una buena eliminación de los elementos menores no deseados. 8. CUANTIFICACIÓN DEL PROCESO En la Convención Minera de 1997, Vladimir Arias presentó un artículo técnico sobre el balance másico en la pirometalurgia del oro, del que extraemos alguna de sus partes. El conocimiento de la composición química del mineral a ensayarse es de suma importancia. Frecuentemente, en los laboratorios donde ha de realizarse el análisis por metales preciosos, es casi imposible determinar la composición química de los componentes de la muestra, pero sí es posible tener los porcentajes aproximados en que se encuentran presentes cada uno de los principales constituyente, ya sea en forma elemental o como especies minerales. La composición porcentual permitirá efectuar los siguientes cálculos de requerimiento de cada una de los reactivos fundentes y colector. Haciendo uso de las reacciones planteadas anteriormente, se calculan dichos requerimientos. Para viabilizar el cálculo de carga en dos tipos fundamentales, que minerales con poder reductor en reactivo reductor (carbón) y respectivamente.

fundente es conveniente clasificar los minerales son: Minerales con poder reductor deficiente y exceso, los que necesariamente requerirán un un reactivo oxidante poderoso (nítrico),

Ejemplo de cálculo de fundentes para un mineral aurífero de la siguiente composición:

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Tabla 2.- Principales componentes de un mineral aurífero

COMPONENTE

Porcentaje

Peso molecular

FeS2 Cu2S ZnS FeO SiO2

55,0 5,0 2,0 3,0 35,0

119,8 159,0 97,4 71,8 60,0

Los requerimientos de cada reactivo fundente son realizados en base a las reacciones planteadas anteriormente. *

Cantidad de litargirio y carbonato requeridos para la oxidación de la pirita. Según la ecuación 3: 30 x (7 x223.2)/ 119,8 =390,6 gramos de PbO 30 x (2 x 106,0)/ 119,8= 53,6 gramos de Na2CO3 Óxido base producido, FeO: 30 x 71,8/120 = 17,95 gr Sulfato producido, Na2SO4 : 30 x (2 x 142)/ 120 = 71,0 gr.

*

Cantidad de KNO3 requerido para oxidar 25% de pirita. Según ecuación 8: 25 x (10 x 101,1)/(4 x 119,8) = 14,98 gramos de KNO3 Óxido base producido, FeO : 25 x 71,8/119,8 = 14,98 gr Sulfato producido, K2SO4 : 25 x (5 x 174,2)/ (4 x 119,8) = 45,4 gr

*

Cantidad de bórax y sílice requerida parta reaccionar el metal base. Ecuación 1: FeO total = 3.0 + 17, 95 + 14,98 = 35,91 gr 35,91 x 201,2/(3 x 71,8) = 33,54 gr de bórax 35,91 x (2 x 60)/(3 x 71,8) = 20,0 gr de Sílice

*

Cantidad de litargirio y carbonato requeridos para oxidar el ZnO. Haciendo uso de la ecuación 5: 2,0 x (4 x 223,2)/97,4 = 28,33 gr de litargirio 2,0 x 106,0/97,4 = 2,18 gr de carbonato de sodio

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Óxido base producido, ZnO : 2 x 81, 4/97,4 = 1,67 gr Sulfato producido, Na2SO4 : 2 x 142,0/97,4 = 2.92 gr *

Cantidad de bórax y sílice requeridos para reaccionar con el metal base, ZnO. Por la ecuación 1. 1,67 x 201.2/(3 x 81.4) =1,38 gr. de bórax 1,67 x (2 x 60)/(3 x 81.4) =0,82 gr de sílice

* Cantidad de KNO3 requerido para la oxidación de Cu2S. Ecuación 8: 5 x (8 x 101.1)/(5 x 159.0) = 5.09 gramos de nitrato de potasio Óxido base producido, Cu2O: 5 x 143.0/159.0 = 4.5 grs. Sulfato producido, K2SO4 : 5 x (4 x 174.2)/(5 x 159.0) = 4.38 grs. *

Cantidad de bórax y sílice requeridos para reaccionar con el Cu2O Ecuación 1: 4.50 x 201.2/(3 x 143) = 2.11 grs. de bórax 4.50 x (2 x 60)/(3 x 143) = 1.26 grs. de sílice

*

Cantidad de bórax y sílice requeridos para reaccionar con el sulfato de sodio producido. Ecuación 3: Na2SO4 total: 71.0 + 2.92 = 74.0 grs. Ecuación 4 74.0 x 201.2/(3 x 142) = 34.95 grs. de bórax 74.0 x (2 x 60)/(3 x 142) = 20.85 grs. de silicio

*

Cantidad de bórax y sílice requeridos para reaccionar con el sulfato de potasio producido. K2SO4 total: 45.44 + 4.38 = 49.82 49.82 x 201.2/(3 x 174.2) = 19.18 g de bórax 49.82 x 120/(3 x 174.2) = 11.44 grs. de sílice

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*


Cantidad de bórax y carbonato requeridos para reaccionar con la sílice del mineral (35% del total).

Tabla 3: Resumen del cálculo de reactivos

Mineral

Fundentes (gr.)

Especies

% Peso

Na2CO3

Na2B4O7

PbO

SiO2

Carbón

FeS2 CuFeS2 ZnS FeO SiO2 Subtotal Total

8 5 2 3 82 100 100gr

8.3 6.2 ....... ....... 178.3 192.8

112.16 3.8 1.7 ....... ....... 117.66

201.6 ....... 8.33 ....... ....... 209.93 524.69

28.34 22.26 ....... ....... -82 .......

....... ....... ....... ....... 4.3 4.3

(1) la representación anhídrica del bórax. (2) La cantidad de nitrato de potasio es reemplazado por otro reactivo de características oxidantes, debiendo estar presente en no más de un 5%; de esta manera se evita la efervescencia y otros efectos nocivos.

Sílice consumida por los metales bases: 20.0 + 0.82 + 1.26 + 20.85 + 11.44 = 54.37 gramos. Adición de sílice: 54.37 – 35.0 = 19.37 gramos Siguiendo con V. Arias, a continuación presentamos el resumen de los resultados obtenidos aparece en la Tabla 3, mientras que en la Tabla 4 presenta el cálculo de reactivos para el mineral con predominio de cuarzo.

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Tabla 4:

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Resumen del cálculo de reactivos para un mineral con predominio de cuarzo

Mineral

Fundentes (gr.)

Especies

% Peso

Na2CO3

FeS2 Cu2S ZnS FeO SiO2 Subtotal Total

55 5 2 3 35 100 100

53 ....... 2.18 ....... ....... 55.18

Na2B4O7 80.76 3.8 3.8 2.8 ....... 91.16

(1)

PbO

SiO2

KNO3

390.6 ....... 18.33 ....... ....... 408.93 632.47

48.77 2.26 1.67 1.67 -35 19.37

52.74 (2) 5.09 ....... ....... ....... 7.83

9. PRÁCTICA DEL ANÁLISIS QUÍMICO DE ORO POR FUNDICIÓN Sobre la base del texto de Vladimir Arias, a continuación presentamos el análisis de oro y plata por ensayos al fuego es un análisis químico cuantitativo, el cual se fundamenta en el uso de elevadas temperaturas y la presencia de oxido de plomo, que con la acción de agentes reductores en la etapa de fundición permite la formación de plomo el cual colecta los metales preciosos como son oro, plata, platino y algunas impurezas. Dicha aleación es oxidada en otra etapa del análisis a fin de oxidar el plomo y obtener un botón de oro llamado Doré (copelación), dicho botón es atacado por ácidos (agua regia). Para separar el metal que nos interesa que de acuerdo a su proporción (partición) es analizado finalmente por vía clásica (pesado) o por instrumentación (Equipo de Absorción Atómica) El análisis por vía clásica es un método común en cualquier lugar del mundo; que al parecer pueden ser desplazados por avances en instrumentación, pero lo que hace estos avances no es más que darle confiabilidad y validación al método por vía clásica. Cabe señalar, finalmente que son los hombres y no los métodos ni los instrumentos así sean los más sofisticados, los que influyen en la calidad del resultado por lo tanto es indispensable la capacidad y experiencia para cada una de las etapas y obtener un resultado final satisfactorio.

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a)


ACCIÓN DE LOS REACTIVOS CARBONATO DE SODIO ANHIDRO Se combina con la sílice del mineral formando silicato de sodio, con desprendimiento del CO2, de acuerdo con la siguiente ecuación: Na2CO3 + SiO2 + CO2

(1)

También se combina con alúmina produciendo aluminatos fusibles y actúa como agente de sulfurante por ejemplo: (actuando junto al Litargirio). Ej.: 4Na2CO3 + 2FeS2 + 15PbO → 4Na2SO4 + 15PbO + 4CO BICARBONATO DE SODIO Se comporta como el carbonato de sodio anhidro, puesto que por la acción del calor se desdobla con la siguiente ecuación: 2 NaHCO3 Æ Na2CO3 + CO2 + H2O

(2)

Na2CO3 + SiO2 Æ Na2SiO3 + CO2

(3)

La acción del bicarbonato de sodio produce grandes cantidades de gases, por cuya razón la mezcla fundente tiende a subirse, proyectando partículas de la masa fundida sobre las paredes del crisol o fuera de él. Debe operarse con cuidado a fin de evitar estas proyecciones que significan pérdidas. Se evitan agregando sal común en la fundición misma. BÓRAX ANHIDRO El bórax fundido disuelve, un gran número de óxidos metálicos, como por ejemplo: FeO, Al2O3, Cr2O8 etc., y además disuelven grandes cantidades de sílice. En presencia de óxido por ejemplo: Na2B4O7 + 2SO2 + 3 CuO2 Æ Na2B2O4 + CuB2O4 + CuSO4 Se explica el poder de disolución si se examina la fórmula del bórax constituida por dos moléculas de metaborato y un anhídrido bórico. Na2B4O7 Æ 2 NaBO2 + B2O3

(4)

LITARGIRIO Es el reactivo más importante en la fundición a nivel laboratorio. Una parte del litargirio (PbO) se reduce a plomo metálico mediante el almidón o cualquier otro reductor.

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Desempeña este plomo el papel de colector del oro y la plata contenida en el mineral. El resto del litargirio actúa en parte oxidando las impurezas metálicas o bien pasa a formar la escoria al estado de silicato de plomo, o también, es muy posible, puede formar plumbatos con los óxidos metálicos 2PbO + C(almidón) Æ CO2 + 2Pb (Reacción colectora de metales preciosos) Resto del Litargirio actúa oxidando impurezas: PbO + SiO2 Æ PbO.SiO2 FeS2 + 7PbO Æ 7Pb + FeO + 2SO3 SÍLICE La sílice actúa como un escorificador del fierro principalmente: SiO2 + FeSiO3

(5)

Reacciona además con el PbO; Na2CO3; etc. SiO2 + Pb Æ PbSiO3

(6)

SiO2 + Na2CO3 Æ Na2SiO3 + CO2

(7)

CLORURO DE SODIO Se usa como cubierta de fundición, por ser muy fluido y no descomponerse al estado de fusión. NITRATO DE POTASIO Se usa como oxidante en los minerales piritosos, (muestras sulfuradas). Se prefiere siempre el nitrato de potasio respecto al nitrato sódico por no ser higroscópico. PLATA METÁLICA Se usa plata metálica, pura en granallas, para en cuartar en los análisis del oro a fin de obtener así una aleación de oro y plata con un exceso de este último metal, para poder separar bien el oro de la plata que contenga el mineral.

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Es necesario recordar que la plata es un metal que acompaña siempre al oro en los minerales, mayor o en menor proporción. b)

FUNDICIÓN Proceso de mayor importancia en la cual se describe algunas de las Reacciones posibles. -

Reacción de Reducción. Los sulfuros, como la pirita (FeS2) la ferrotita (Fe7S3) la arsenopirita (FeAsS); calcopirita (CuFe2) la calcocita (Cu2S) la estibinita (Sb2S3) la galena (PbS); la blenda (ZnS) y otros reducen el litargirio a plomo metálico. Las diferentes reacciones de reducción experimentan ciertas variaciones según sea el flujo de fundición empleado, como podemos observar considerando la pirita, como ejemplo: a)

b)

c)

En presencia de litargirio y Na2CO3: 2FeS2 + 15PbO Æ Fe2O3 + 4SO3 + 15Pb

(8)

4SO3 + 4Na2CO3 Æ 4Na2SO4 + 4CO2

(9)

En presencia de menor cantidad de litargirio y de menor cantidad de Na2CO3 se tiene: FeS2 + 7PbO Æ FeO + 2SO3 + 7Pb

(10)

2SO3 + 2Na2CO3 Æ 2Na2SO4 + 2CO

(11)

En presencia de litargirio y ausencia de carbonato de sodio no se forma sulfato. Se tiene la ecuación siguiente: FeS2 + 5PbO Æ 2SO2 + 5Pb + FeO

(12)

En presencia de litargirio y carbonato de sodio los diferentes sulfuros reducen el litargirio a plomo metálico en las proporciones adecuadas. El tartrato de potasio y el almidón reducen también el litargirio a plomo metálico 10PbO + 2KHC4H4O6 Æ 10Pb + 5H2O + K2O + 8CO2 (13) Mediante las reacciones de reducción que se efectúan en la fundición, muchas de las impurezas metálicas se reducen a metal y

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pasan a impurificar el botón de plomo auro-argentífero al estado elemental, como se observa en la siguiente ecuación: Cu + PbO Æ Cu + Pb

(14)

Pero el óxido de cobre en contacto con el plomo fundido se reduce a Cu elemental: CuO + Pb Æ PbO + Cu. Reacción de Oxidación Es indispensable la oxidación de las impurezas para que forme la escoria con los reactivos de la fundición y no pasen al botón de plomo. La oxidación puede verificarse en la fundición misma, añadiendo nitrato de potasio, o bien calcinando fuertemente el mineral como se dijo en el párrafo correspondiente a “minerales complejos”. En la oxidación, mediante el nitrato de potasio se tiene:

c)

7Pb + 6KNO3

Æ

7 PbO + 3k2O + 3N2 + 4O2

(16)

5C + 4KNO3

Æ

2K2O + 5CO2 + 2N2

(17)

2FeS2 + 6KNO3

Æ

Fe2O3 + SO3 + 3K2SO4 + 3N2

SO3 + Na2CO3

Æ

Na2SO4 + CO2

(18)

COPELACIÓN El proceso de copelación tiene por objeto la oxidación, del plomo y de las otras impurezas metálicas existente, que mezcladas con mayor o menor cantidad de PbO, son absorbidos por la copela, el resto se volatiliza. Queda como residuo un botoncito brillante, formado por metales no oxidables, como son el oro, la plata y el platino. Las impurezas metálicas que acompañan al botón de plomo auro-argentífero pueden ser oxidadas directamente por el oxígeno de aire, para cuyo objeto, al iniciarse la copelación, se entre-abre un poco la puerta de la mufla, o bien son oxidadas por intermedio del PbO como puede verse en la siguiente ecuación: SAs + 3O Æ AsS2O3

(en el primer caso)

Cu + PbO Æ CuO + Pb (en el segundo caso) Algunas impurezas como Cu, Fe, Cd, etc. Son eliminadas totalmente por absorción en la copela, siempre que se encuentra en cantidades que no impidan la realización del proceso de copelación. En cambio otras, como el

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Bi, As, Zn, etc. Se eliminan en parte por absorción en la copela y en parte por volatización el estado de óxido. Según sean las impurezas metálicas varían algunas propiedades reconocidas de inmediato, como son: dureza, maleabilidad, etc. Al ubicar el botón de plomo a fin de eliminar la escoria adherida, se puede observar: a) Botón quebradizo: Indica que contiene zinc, arsénico, antimonio, azufre, PbO (por fusión a baja temperatura). O bien que contiene mas de 30% del oro o plata. b) Botón duro: Indica que cantidad apreciable Fe, etc. Resumiendo este proceso podemos expresarlo por la siguiente ecuación: Botón de Plomo Oro + Plata + Impurezas metálicas

+ O2 Æ (Au+Ag) +

PbO + óxido metálicos que son absorbidos por la copela o Se Metálicos volatilizan

10. RESUMEN Antes de concluir la Unidad II, es importante hacer un resumen de los aspectos más notables que el participante del curso virtual debe conservar. Las propiedades más importantes de los fundentes son: a) La temperatura de fusión debe ser inferior a la de los metales a recuperar. b) La densidad en estado de fusión debe ser menor que la de los componentes del concentrado aurífero. c) Debe solubilizarse en el metal para que su acción química sea eficaz. d) Los óxidos formados no deben ser soluble en el baño metálico. e) Debe tener una baja presión de vapor y no desprender gases tóxicos. f) En estado fundido, debe tener gran avidez por los óxidos metálicos base y otras impurezas. Los fundentes oxidantes o depuradores, proporcionan oxígeno para convertir los metales base en óxidos y escorificarlo. Entre ellos tenemos: El nitrato de potasio, nitrato de sodio y cloruro de sodio. Los fundentes reductores son los que eliminan el oxígeno, o se combinan con el y pasan a la escoria. Transformando los óxidos metálicos a metales propiamente. Entre ellos tenemos: El carbón vegetal, las harinas vegetales, zinc, hierro, carbonato de sodio y carbonato de potasio. Los fundentes neutros son los que no producen oxidación ni reducción, sirven como solvente de las impurezas producidas por la acción de los fundentes oxidantes y reductores. Entre ellos tenemos: El bórax, la sílice y el vidrio molido. Unidad II

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La composición de la mezcla de fundentes es determinada en base al análisis químico del material a fundir. Un conocimiento del porcentaje aproximado de los constituyentes químicos del material, permitirá calcular la composición de la mezcla fundente. Las propiedades más importantes de las escorias son: a) b) c) d) e) f)

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Bajo punto de fusión. Baja viscosidad. Baja densidad. Alta solubilidad de los óxidos de los metales básicos. No solubilidad de los metales preciosos. Fácil de romper para volver a ser tratado (vidrioso y frágil).

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS •

Fathi Habashi “Extractive Metallurgy Fundamentals” Text Book Course Canadá, 1990.

•

Arias Arce, Vladimir “Tecnología de Refinación de metales preciosos” Lima, 1997

•

Velasco, Carlos “Pirometalurgia del Oro” Encuentro Internacional sobre Metalurgia del Oro” Pontificia Universidad Católica del Perú Lima, 1999

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