METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO El método más empleado actualmente es la reducción del sinter de óxido de plomo, el cual a su vez se produce por tostación sinterizante de concentrados de plomo (galena), mezclados con finos reciclados de sinter y sulfato de plomo, entre otros, en máquinas de sinterización. El propósito de esta etapa es remover el azufre del concentrado como SO2 y formar una masa sólida apropiada para cargar en el horno de reducción. La sinterización del concentrado de plomo en las máquinas de sinter (máquinas Dwight-Lloyd) procede a 800–850°C y la reacción principal es la de oxidación de la galena a PbO con generación de SO2 según:
G o800ºC 78.2 kcal
Ho800ºC 99.3 kcal
G o850ºC 77.2 kcal
Ho850ºC 99.2 kcal
G o900ºC 76.3 kcal
Ho900ºC 93.0 kcal
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO La reacción se mantiene a 800-850°C diluyendo la carga con finos de sinter recirculados ya que el punto de fusión del PbO es de 886°C y del PbS de 1119°C. El sinter contiene de 40-50% Pb, 1-10% Zn, 1-2% S, 8-10% SiO2, 58% CaO y 12-15% Fe2O3. Este se chanca y harnea para tener una carga de – 3”/+1/4” para la etapa siguiente de reducción con carbón.
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METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO La reducción del PbO con carbón (coke) es un proceso termodinámicamente muy simple y puede efectuase incluso a temperaturas de 400-450°C. Sin embargo, se debe tener una escoria fluida lo que requiere operar sobre 1000°C. Debido a los problemas que presenta el cinc, se desarrolló un proceso más universal para estos concentrados (Imperial Smelting Process, ISP) el que permite producir tanto plomo como cinc.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Este proceso fue desarrollado específicamente para tratar concentrados mixtos plomo-cinc y emplea un alto horno de plomo modificado.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn La carga de sinter chancado y coke a 800°C se alimenta en el tope del horno empleando un sistema de doble campanas herméticas para evitar escape de gases o entrada de aire, manteniendo la temperatura de salida de los gases en la parte superior del horno por sobre 1000°C y evitando la condensación de cinc líquido.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn
El horno tiene una sección transversal (cuba) casi rectangular y está provisto de placas de enfriamiento con agua a nivel de las toberas de inyección de aire, sobre la zona del crisol. El aire se sopla precalentado a 700-800°C y al combustionar el coke genera calor y CO como gas reductor.
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La reducción ocurre en la cuba del horno por reacción directa con coke y por reducción con CO gaseoso según las reacciones:
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Los gases que salen del horno por la parte superior contienen aproximadamente 5% cinc (vapor), 10% CO2, 20% CO y N2 y entran a un sistema de condensación horizontal donde hay un baño de plomo líquido a 440°C el que es agitado violentamente mediante agitadores mecánicos que producen una lluvia de gotas de plomo líquido que condensan el vapor de cinc, formando una solución líquida Zn-Pb y dos fases líquidas separadas de Pb y de Zn.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Esto no sólo contribuye a condensar el cinc, sino que también evita la reoxidación de éste a ZnO. La aleación Pb-Zn que se forma tiene 570°C y se deja enfriar hasta 440°C, temperatura a la cual se separan dos fases: una fase líquida rica en Zn con menos de 1% de Pb que sobrenada y una fase líquida más densa de Pb saturado en Zn que se bombea de vuelta al condensador.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn El plomo contenido inicialmente en el sinter de plomo-cinc, ahora como plomo líquido, se acumula como bullion (o bullón) en el fondo del crisol, en tanto que impurezas como el cadmio se volatilizan junto con el cinc. Si el sinter de concentrado contiene además otros metales como Cu, Fe, Sb, As y S (como sulfuros o sulfatos), a nivel del crisol se forman otras fases líquidas:
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn a) Un eje líquido de Cu2S-FeS que se debe tratar separadamente en un convertidor de cobre. Este eje también contiene algo de oro, plata y plomo. El resto de los metales nobles se encuentra disuelto en el bullion el que se refina posteriormente.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn b) Un speiss líquido de As-Fe-Sb que también disuelve níquel y cobalto. Este speiss generalmente se sangra junto con la escoria y se separa para luego enfriar, moler y volver a la máquina de sinterización con el objeto de eliminar tanto arsénico como sea posible por oxidación como As2O3 en los gases de la máquina de sinter.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn c) La escoria generada en el proceso IS contiene considerable cantidad de cinc como ZnO, ya que es soluble en ésta. Esta escoria puede tratarse separadamente mediante reducción con carbono (carboncillo) en un horno de fusión por medio del proceso de fumado. La reducción ocurre a 1100-1200°C y el ZnO de la escoria es reducido a Zn vapor por CO.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Los gases de salida del ISP, después de condensado el cinc, contiene considerable cantidad de polvo y se lavan con agua. La pulpa generada se sedimenta, se filtra y retorna a la máquina de sinterización. En este sale el llamado polvo azul que es ZnO impuro de color azul metálico.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn El ZnO, en forma de un polvo fino, se recupera de los gases mediante ciclones calientes en una primera etapa, luego enfría el gas a 200-250°C y recolecta el resto en filtros de manga. El ZnO obtenido generalmente está contaminado con 5-15% de impurezas (escoria, coque y cenizas) y se puede recircular a otro proceso como el Imperial Smelting o someter a lixiviación ácida para luego purificar el electrolito de cinc para EW o bien enviar como dilución a la máquina de sinter.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo En una primera etapa (decobrizado), el bullion, se mantiene fundido a 600650°C en un horno para luego transferirlo a la olla de espumado donde se enfría hasta 400-500°C, temperatura a la cual se separa una fase sólida Pb-Cu (dross=9) que flota sobre el plomo (Pb=11.3), formando una costra irregular (dross), la cual se oxida considerablemente al aire a 480°C.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo Durante el enfriamiento, se pueden ir formando hasta cuatro capas sucesivas de escoria de Cu-O-PbO; eje de Cu2S; speiss de Fe-As-Sb y el bullion de plomo. Posteriormente, al bullón se le adiciona azufre elemental y se precipita el resto del cobre como Cu2S (insoluble en el bullón), agitando constantemente el baño líquido, según la reacción:
2Cu ( l ) + S( l ) = Cu 2S( s )
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo El Cu2S sobrenada en el bullón y es eliminado por escoriado manualmente. El dross que ha sido removido se carga en una olla o en un pequeño reverbero (a 1300 °C más la adición de Na2CO3 y coke) donde se forma mate y speiss, los que se separan en dos capas, además de algo de escoria. Periódicamente se sangra desde el fondo del horno plomo líquido y se retorna a la olla de drossing. El mate y el speiss también son removidos periódicamente y enviados a la fundición de cobre, en el 1er caso y como carga a la máquina de sinterización, en el segundo. La escoria es retornada al alto horno. Los gases del reverbero van a colectores de polvos y el polvo recuperado se retorna a la etapa de sinterización.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo El ablandamiento es la segunda etapa de refinación y tiene como fin remover el As, Sb y Sn remanentes, aún presentes en el plomo después del drossing. Estas impurezas hacen al plomo duro y frágil. Además, estas impurezas interfieren en la etapa siguiente (remoción de plata). Existen dos procesos para esto: el de ablandamiento neutro y el proceso Harris. En el primer caso, este proceso de oxidación selectiva para estas tres impurezas consiste en que después del drossing, se aumenta la temperatura del plomo (500 °C) y se agita con aire para inducir la oxidación. Sn, As y Sb se oxidan y sus óxidos, insolubles, flotan en el plomo y son removidos manual o mecánicamente. Para una carga se realizan varios batchs de este tipo, dependiendo del contenido de impurezas. El 1° contiene la mayor parte del estaño como SnO o como Sn3(SbO4)2 y algo de 2PbO·SnO2 o 3PbO·Sb2O5. El 2° consiste de 3PbO·Sb2O5 y el 3° 3PbO·As2O5 con algo de exceso de PbO.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo En el proceso Harris, más empleado, se eliminan el As, Sb y Sn por oxidación con una mezcla de NaOH y NaHO3 a 400-450ºC. En estas condiciones, tanto el As como el Sb se oxidan a su estado pentavalente y el estaño a tetravalente formando arseniatos, antimoniatos y estanatos de acuerdo a las siguientes reacciones: 2As(l) 2NaNO3( s ) 4NaOH(l) 2Na3 AsO4( s ) N2 H2O(g) Gº400ºC =-104.9 Kcal 2Sb(l) 2NaNO3( s ) 4NaOH(l) 2Na3SbO4( s ) N2 H2O(g) Gº400ºC =-81.8 Kcal 5 Sn(l) 4NaNO3( s ) 6NaOH(l) 5Na2SnO3( s ) 2N2 3H2O(g) Gº400ºC =-47.2 Kcal
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo – remoción de Ag La refinación del plomo para la remoción de plata es más difícil, puesto que no es posible oxidar la plata (sin embargo, es fácil eliminar el plomo de la plata por simple oxidación a PbO líquido, como en el proceso de copelación). La plata se puede eliminar desde plomo líquido mediante el Proceso Parkes, que permite bajar el contenido de plata desde sobre 6000 ppm a menos de 3 ppm empleando cinc fundido, que forma una serie de compuestos del tipo AgxZny como Ag2Zn3 y Ag2Zn5 de puntos de fusión de 661 y 631ºC, respectivamente. Estos compuestos tienen temperaturas de fusión mayor que el plomo (y que la mayoría de los plomos a refinos), los cuales tienen normalmente bajo 5% de Ag.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo – remoción de Ag De esta forma, al agregar cinc al plomo líquido a 780ºC y enfriarlo, se forman dos fases: una fase líquida rica en cinc y saturada en plomo que contiene la plata y otra fase rica en plomo y saturada en cinc con menos de 0.6% de Zn y menos de 3 ppm de plata, las que se separan de acuerdo a su densidad. La aleación Ag-Zn se procesa separadamente para recuperar la plata. El Proceso Parkes se efectúa en dos etapas: en la primera se obtiene un producto de Zn-Ag que se reprocesa mediante prensado mecánico para eliminar el exceso de plomo y luego destila a 700-800°C para eliminar el exceso de cinc.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo – remoción de Ag La escoria conteniendo Zn y Ag se lleva a copelación a 400-500ºC, donde se oxida el plomo a PbO líquido, el que escurre de la masa y se absorbe con ceniza hasta dejar la plata pura sólida en forma de una costra porosa. Esta se prensa y se vuelve a tratar hasta eliminar todo el plomo. Luego se funde a 1000-1100ºC y vacía en lingotes.
El cinc remanente en el plomo se elimina por destilación al vacío calentando el plomo a 600ºC y vaporizando el cinc, el que se recupera como polvo finos de ZnO en filtros de manga. Otra alternativa es clorar el plomo, puesto que la energía libre de formación del ZnCl2 es mas negativa que la del PbCl2, este se forma hasta dejar completamente exento de cinc el plomo. El ZnCl2, que es volátil a 400-500ºC, se recupera con condensación.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo – remoción de Ag
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo – remoción de Bi El bismuto, debido a que la energía de formación de su óxido (Bi2O3) es menos negativa que para la formación de PbO, no se puede eliminar por oxidación. Los procesos empleados consideran la formación de una aleación Ca-Bi o Ca-Mg-Bi (Proceso Kroll-Betterton) o K-Mg-Bi (Proceso JollivetPenarrolla). Estas aleaciones en la forma de dross (costras metálicas) se tratan con un oxidante enérgico tal como cloro gaseoso para formar CaCl2, MgCl2 y KCl, los que se eliminan por lixiviación con agua para recuperar el bismuto. Igual tratamiento se emplea para eliminar el excedente de calcio (o Cr, Mg, o K) del plomo.
METALURGIA DEL PLOMO FUNDICION DE CONCENTRADOS DE PLOMO Proceso Imperial Smelting (ISP) para tratamiento de concentrados Pb-Zn Refinación del bullion (bullón) de plomo – remoción de Bi
FIN
