Proceso pirometalurgico e hidrometalurgico

Se definen los dos procesos de extracción del metal, el proceso pirometalurgico y el proceso hidrometalurgico.

1. Proceso Piro-metalúrgico

2. ¿Qué es piro metalurgia? Es una rama de la metalurgia extractiva que se encarga de la obtención y purificación (o refinación) de los metales a través de la utilización de calor .

3. ¿En qué consiste? La piro metalurgia consiste en extraer, del mineral, un metal mediante su separación de la ganga para finalmente purificarlo o refinarlo. (La ganga es el material que se descarta al extraer la mena de un yacimiento de mineral)

4. ¿Qué temperaturas maneja? Un proceso pirometalúrgico se debe realizar bajo una temperatura que oscila los 950°C. La energía calorífica se obtiene de la reacción exotérmica de alguna variedad de carbón como el coque.

5. Ventajas Velocidades de reacción muy rápidas. Se pueden procesar grandes cantidades de mineral. Ideal para tratamiento de materias primas complejas y heterogéneas. El proceso es fácilmente controlable si se cuenta con el equipo indicado.

6. Desventajas Aunque hay una reacción rápida, ésta tiene poca selectividad. Es decir, resultan materiales impuros. Bajo rendimiento de las reacciones químicas. A veces es necesario repetir las etapas, lo que implica mucho gasto de energía.

7. Son procesos altamente contaminantes ya que emanan mucho CO2 y sulfuros (SO2) Tiene un consumo energético elevado, por lo tanto se limita a minerales de alta ley. (Un mineral de alta ley es aquel que tiene un grado de pureza elevado de un metal determinado)

8. Operaciones de un proceso pirometalúrgico Secado Calcinación. Tostación. Fusión. Refino.

9. 1. Secado Por medio de este proceso se elimina la humedad del material. Se les trata con gases calientes productos de la combustión de combustibles fósiles. La temperatura del proceso es de 105 °C Hay diversidad de equipos para este proceso como el secador de banda.

10. 2. Calcinación Es la descomposición térmica de un mineral en sus óxidos formadores por la acción de calor. Su finalidad es eliminar del mineral la materia estéril de naturaleza gaseosa, facilitando así la posterior reducción. Aquí no hay fusión ni evaporación

11. Tipos de Calcinación Sin modificación química : Su fin es modificar las condiciones físicas del mineral. Con modificación química : Pretende la descomposición química. También se le denomina tostación.

12. Sin modificación química Desecación : Elimina un compuesto líquido que impregna el mineral. Normalmente es agua o disolvente. En otras palabras, extrae la humedad. Caldeo por separación de dos o más cuerpos: Tratamiento que se le da a una mena con objeto de que su parte útil quede en estado sólido e inalterable. Parte de la ganga pasa a estado líquido o de vapor.

13. Cabe mencionar que los procesos de calcinación se llevan a cabo en diversidad de hornos; entre ellos, los rotatorios y los de lecho fluidizado.

14. 3. Tostación (Calcinación con descomposición química). Pretende una modificación química. En este proceso la temperatura provoca reacciones químicas entre el gas y el sólido.

15. Tostación Simple: En este proceso solamente intervienen mena y combustible. Hay un calentamiento sin fusión de la mena. El metal queda combinado y en forma sólida Se usa para menas en forma de carbonatos o sulfatos.

16. Tostación Oxidante: En este proceso hay calentamiento sin fusión de una mena en contacto con oxígeno del aire o un compuesto químico que al descomponerse proporcione oxígeno. Se necesita una concentración de oxígeno grande para que la reacción sea más rápida y haya menor pérdida. La temperatura oscila entre 500 y 950°C

17. Tostación Clorurante: Tranforma una mena en un cloruro soluble o volátil para su posterior tratamiento. Entre los agentes que se utilizan están: Cloruro de sodio (NaCl). Cloruro de magnesio (MgCl2) Cloruro de Calcio (CaCl2).

18. Tostación Carburante: Es un tratamiento térmico para los aceros que consiste en modificar su superficie para aumentar las propiedades mecánicas como la dureza. Existen 2 procesos de tostación carburante: Cementación (se añade carbono) Carbonitruración (se añado carbono y nitrógeno)

19. Tostación Magnetizante: Su objetivo es transformar óxido de hierro (Fe2O3) en magnetita (Fe3O4). O sea, de un material no magnético a magnético por medio de calentamiento. Posibilita la separación y concentración magnética posterior.

20. Proceso: Se realiza en un horno rotatorio a contra-corriente. El combustible es quemado en una atmósfera pobre en oxígeno . Este genera calor y los gases reductores para la transformación química.

21. 3RA ETAPA: FUSION

22. FUSION Es un proceso de concentración, en el que una parte de las impurezas de la carga se reúnen formando un producto ligero llamado escoria. El objetivo de la fusión es lograr un cambio de estado solido de los concentrados y precipitados por medio de calor (1200 a 1400°C) a fase líquida.

23. Este proceso permite la formación de dos fases conocidas como: Eje, mata o arrabio: Formada principalmente por compuesto de Cu 2 S y FeS. Escoria: Es una masa fundida de minerales de ganga y del fundente agregado. La escoria al tener un menor peso que la arrabio se deposita en la parte superior.

24. La cantidad de arrabio producido depende del contenido de azufre que obtenga la carga, ya que este elemento se une químicamente a los elementos metálicos como el cobre o el hierro en el horno.

25. Hornos Empleados. 1 Horno de Cuba Debido a su gran capacidad el horno de cuba da tratamiento en poco volumen, funcionamiento sencillo, y es económico. Desventajas: Perdidas de CO en los gases y dificultad para recuperarlas y el difícil control del proceso de funcionamiento-

26. Horno de Reverbero Las ventajas: Control preciso de la temperatura y de las reacciones químicas y posibilidad de utilizar escorias con márgenes de composición muy grandes Desventajas: Elevado consumo de combustible, se debe trabajar a gran escala para que sea rentable, y una lenta puesta en marcha.

27. Hornos eléctricos Ventajas: Posibilidad de fundir productos muy refractarios, no es necesario añadir fundentes, no hay perdidas de metales por velarización pequeña Desventajas: Costo de la energía eléctrica, consumo elevado en electrodos y refractarios

28. 4TA ETAPA: OXIDACION DE MATA O CONVERSION El objeto de la Conversión es que los productos obtenidos de las fusión tengan una alta pureza (Conversión de Eje o arrabio). Para esto se utilizan hornos convertidores como el convertidor Bessemer-Thomas para metalurgia ferrosa y el Pierce-Smith para metalurgia no ferrosa. Este es un proceso discontinuo, en el que una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recargar el material.

29. ¿En que consiste la Conversión? El arrabio, que es una mezcla de sulfuro de hierro, sulfuro de cobre y óxidos de hierro, se procesan en dos etapas bien diferenciadas hasta llegar a un punto donde se eliminan los metales distintos a los que se requieren por la oxidación producida al insuflar aire al interior

30. 6TA ETAPA: AFINO El afino es el proceso de descarburización y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la obtención del acero.

31. FORMAS DE AFINO Afino al crisol: Se emplea para producir aceros de calidad superior partiendo de fundición, o bien acero si se trata de refinarlo con hornos de crisol. El crisol es de grafito o de acero inoxidable (20% de níquel y 25% de cromo) y suele calentarse externamente, mediante carbón, gas o petróleo; o, más corrientemente, por inducción.

32. Afino al aire: Consiste en lanzar aire comprimido a través de la fundición en estado de fusión, con lo cual, oxidándose los cuerpos extraños que contiene, particularmente el carbono, aquélla se transforma en acero o hierro. Para que el afino se haga en buenas condiciones, es indispensable que la temperatura del baño sea siempre superior a la del punto de fusión del metal en los diversos grados de su transformación, el cual se eleva a medida que adelanta el proceso.

33. Afino al horno eléctrico: Este método tiene la ventaja de que el metal puede ser tratado sin intervenir el aire atmosférico, con lo cual se evita calentar inútilmente gases inertes y lograr productos puros y de una calidad determinada previamente. La temperatura alcanzada puede ser mayor que en cualquiera de los hornos anteriores

34. Hidrometalurgia

35. ¿Qué es hidrometalurgia? La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando soluciones líquidas, acuosas y orgánicas

36. Hidrometalurgia

37. Proceso: En general los metales extraídos por esta técnica son provenientes de los minerales anteriormente lixiviados en medios sulfato, cloruro, amoniacal, etc. Operan a temperaturas bajas. Las presiones varían de bajas hasta 5000 kPa

38. Principio de funcionamiento El punto fuerte de la hidrometalurgia radica en la gran variedad de técnicas y combinaciones que pueden ser usadas para separar metales una vez que han sido disueltos a la forma de iones en solución acuosa.

39. Lixiviación  Proceso de extraer desde un mineral una especie de interés por medio de reactivos que la disuelven o transforman en sales solubles.

40. Cobre las cruces, Sevilla Industria

41. Chile Industria

42. Elementos mas comunes Cobre Oro Zinc

43. Proceso

44. Hidrometalurgia del zinc

45. Menas: La principal mena del Zn es la blenda o esfarelita, aunque no es la de mayor contenido porcentual de Zn, si es la más importante en cuanto a explotación ya que el 90% de Zn se extrae de ella Otras menas son: Zincita Smithsomita Calamina Franklinita

46. Metalurgia del zinc Puede realizarse por dos vías: Vía pirometalúrgica Vía hidrometalúrgica

47. Representación simplificada de ambas

48. Tostación para la hidrometalurgia En la tostación para la hidrometalurgia o vía húmeda se pretende: Lograr producir la máxima cantidad posible de oxido de Zn libre. Minimizar la producción de ferritas, este ultimo aspecto es especialmente importante.

49. La tostación para lixiviación es preciso llevarla a cabo hasta que: el azufre como sulfuro sea lo suficientemente bajo. la cantidad de Zn en forma soluble lo más alta posible formación de ferrita lo más baja posible

50. Hidrometalurgia del Zn Consta de tres aspectos importantes : Lixiviación del mineral tostado y purificación de la solución de Zn obtenida Electrolisis de la solución ya purificada del sulfato de Zn y colocación de este en cátodos de aluminio Fusión de los cátodos

51. Objetivos de la lixiviación disolver la máxima cantidad de Zn de la calcine eliminar impurezas que como consecuencia de la lixiviación de la calcine hayan podido pasar al electrolito y que puedan posteriormente: a) impurificar el Zn, al depositarse junto a él comunicándole propiedades indeseables b) interferir en el desarrollo de la electrólisis originando un descenso en el rendimiento de la corriente aprovechar metales valiosos presentes en la calcine

52. Electrolisis del Zn La solución lixiviada de sulfato de Zn, se bombea después de la purificación a tanques de almacenamiento y de allí pasa a las cubas electrolíticas para la precipitación del Zn por electrólisis, esta precipitación se realiza mediante la aplicación de una corriente eléctrica, a través de ánodos insolubles, produciéndose la descomposición del electrolito y la deposición del Zn metálico en los cátodos

53. Potencial de operación El mejor potencial de operación se encuentra entre 3.25-3.50 voltios dependiendo de: La temperatura La densidad de la corriente La acidez Distancia entre electrodos Tiempo de deposición

54. Proceso Hidrometalúrgico del Zn

55. Aplicaciones de Zn Galvanización o galvanoplastia, revestimiento del acero con capa de Zn. Preparación de aleaciones de base Zn destinadas a piezas moldeadas a presión o inyectadas . Fabricación de latones y bronce Pinturas anticorrosivas Industria química y farmacéutica( fabricación de pomadas, crema de protección solar) En construcción por su resistencia a la corrosión atmosférica. Fabricación de neumáticos, como aditivo al caucho.

56. Hidrometalurgia del Cobre (Cu) Procesos de Lixiviación

57. Definición de Hidrometalurgia Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación selectiva de los componentes valiosos de las menas y su posterior recuperación de la solución por diferentes métodos. El nombre hidrometalurgia se refiere al empleo generalizado de soluciones acuosas como agente de disolución.

58. Agentes Lixiviantes Los agentes lixiviantes se clasifican en: Ácido (Acido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, etc ) Bases (hidróxido de amonio y sodio) Agentes Complejantes (amoniaco, sales de amonio, cianuros, carbonatos, etc.).

59. Minerales del Cobre COBRE NATIVO SULFURADOS DE COBRE Calcopirita Bornita Calcosina Covelina OXIDADOS DE COBRE Malaquita Crisocola Azurita Cuprita Brochantita

60. Termodinámica en Hidrometalurgia DIAGRAMA DE POURBAIX Estos diagramas son ampliamente utilizados para permitir visualizar posibilidades de reacciones sin tener que recurrir al cálculo termodinámico para los fenómenos que ocurren en medio acuoso. Este diagrama se lee en los ejes X,Y: En Y se encuentra el potencial calculado por la ecuación de Nernst. En X se encuentra el PH con la función de –Log del H+ concentración de iones.

61. Cinética de Lixiviación Aporta dos tipos de información importante para: Diseño de equipos y procesos Determinación de mecanismos Los cuales son los factores que determinan la velocidad de un proceso y como puede ser manejable en la practica, es un apoyo fundamental por varias causas: Los procesos hidrometalúrgicos operan a temperatura ambiente o superior. Las reacciones son de carácter heterogéneo.

62. Factores que afectan la Cinética Temperatura. Geometría, tamaño, porosidad del sólido. Formación producto sólido o no. Tipo de control. Naturaleza de reacción química.

63. Métodos de Lixiviación En general, los diferentes métodos disponibles para la operación del proceso de lixiviación están orientados a obtener el máximo beneficio económico con lo mínimo de costos y complicaciones posibles. El método escogido para analizar la lixiviación dependerá principalmente de un balance económico.   Los métodos mas característicos son: Lixiviacion de lechos fijos Lixiviacion in situ Lixiviacion en bateas Lixiviacion en botaderos Lixiviacion en pilas Lixiviacion en pulpas Lixiviacion en agitadores Lixiviacion en autoclaves

64. Lixiviación (metalurgia) En metalurgia extractiva se conoce como  lixiviación  al proceso de extraer desde un mineral una especie de interés por medio de reactivos que la disuelven o transforman en sales solubles. En otras palabras, en la lixiviación se recuperan especies útiles desde una fase líquida, correspondiente a la sustancia o una sal de esta en disolución acuosa. Los minerales que usualmente son lixiviados son aquellas menas oxidadas (óxidos, carbonatos, sulfatos, silicatos, etc.). La lixiviación es una técnica ampliamente utilizada en metalurgia extractiva que convierte los metales en sales solubles en medios acuosos. En comparación con las operaciones piro metalúrgicas, la lixiviación es más fácil de realizar y mucho menos dañina, ya que no se produce contaminación gaseosa. Sus principales inconvenientes son su alta acidez de trabajo y en algunos casos sus efluentes residuales tóxicos, y también su menor eficiencia causada por las bajas temperaturas de la operación, que afectan dramáticamente las tasas de reacción química. El mineral usado para el proceso de lixiviación puede ser o bien oxidado o bien sulfurado. Por ejemplo, para un mineral oxidado, una reacción de lixiviación ácida simple puede ser ilustrada mediante la reacción de lixiviación del óxido de zinc: ZnO + H 2 SO 4  → ZnSO 4  + H 2 O En esta reacción el ZnO sólido se disuelve, formando sulfato de zinc disuelto en agua.