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PIROMETALURGIA
PIROMETALURGIA
PIROMETALURGIA
2. Concentración
3. Separación
4. Extracción
5. Afino
M n +ne−¿⟶ M ¿
Dicha reducción puede llevarse a cabo de dos formas distintas:
Pirometalurgica o por vía térmica, incluye varios procesos como la
calcinación, tostación y reducción. Todos los procesos de esta vía se
producen a altas temperaturas, producidas por la quema de diversos
combustibles. La mayorñia de los metales se obtienen de ésta forma.
Electrólisis de sales o de óxidos de metales reductores, como pueden
ser los metales alcalinos, alcalinotérreos o también con el aluminio.
Todos los procesos de esta vía se producen a altas temperaturas, producidas por
la quema de diversos combustibles. Este método de obtención fue el primero en
ser utilizado. Metales como el hierro, níquel, cobre, oro, etc., se obtienen desde el
mineral gracias a esta técnica, que es utilizada en gran proporción debido a ser un
proceso muy rápido en comparación con otros, pero tiene la desventaja de ser
bastante contaminante para el medio ambiente.
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.
Los procesos pirometalúrgicos tienen ventajas y desventajas:
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.
Idónea para alimentaciones heterogéneas formadas por minerales
de diversa procedencia
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.
• 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)
Operaciones de un proceso pirometalúrgico
1. Secado
2. Calcinación.
3. Tostación.
4. Fusión.
5. Refino.
PROCESO
La extracción de metales por pirometalurgia se lleva a cabo mediante operaciones
por vía seca que se realizan a altas temperaturas entre productos en estado
sólido, líquido o gaseoso.
Debido a que la mayoría de los metales son excelentes reductores, normalmente
los metales están en la naturaleza combinados químicamente con otros
elementos, formando compuestos de diversas clases, que es preciso tratar
convenientemente para poder obtener el metal. Estas combinaciones no se
encuentran con frecuencia puras, sino mezcladas con otras materias formando los
minerales.
La secuencia del procesamiento de los materiales metálicos por pirometalurgia
incluye las siguientes etapas:
1. Preparación de los minerales: Las principales operaciones de
preparación de los minerales son:
Secado
Por medio de este proceso se elimina la humedad del material, tratándose con
gases calientes productos de la combustión de combustibles fósiles. La
temperatura del proceso es de 105 °C y hay una diversidad de equipos para este
proceso como el secador de banda.
Volatilización
Operación que conduce a un metal (reductora), un compuesto (oxidante), un
haluro (de haluros) o un carbonilo metálico (de carbonilos) en forma gaseosa. Por
ejemplo, en la metalurgia del cinc por vía seca, el metal se obtiene como un gas
por reducción del óxido.
Calcinación
Consiste en el calentamiento de minerales que son formados por hidróxidos, a una
temperatura muy elevada, con el fin de descomponer el mineral eliminando en
forma de gas el agua o también el dióxido de carbono, es decir, consiste en 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. De este
modo se obtiene el óxido del metal, por ejemplo:
2 Fe(OH)3 (s) → Fe2O3 (s) + 3 H2O (g)
ZnCO3 (s) → ZnO ( s) + CO2 (g)
Tipos de Calcinación
Sin modificación química: Su fin es modificar las condiciones físicas del mineral.
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.
Con modificación química: Pretende la descomposición química. También se le
denomina tostación
Cabe mencionar que los procesos de calcinación se llevan a cabo en diversidad
de hornos; entre ellos, los rotatorios y los de lecho fluidizado..
Horno rotatorio
Lecho fluidizado
Hornos de Reverbero
Alimentación: Sólidos o líquidos
Producto: Liquidos y gases
Fuentes de calor: Quemadores de hidrocarburos sobre el baño, arco electrico
inundado, sin gases o plasma de alta temperatura con gases neutrales o reactivos
Caracteristicas del proceso: Buena separacion, baja velocidad especifica de
fusion, baja eficiencia en la transferencia de calor cuando se usan quemadores de
hidrocarburos, puede ser utilizado por lotes o continuo. Ofrece una velocidad de
procesamiento de 0,05 – 0,1t m-3 h-1.
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.
Hornos Eléctricos
Tienen la posibilidad de fundir productos muy refractarios, no es necesario añadir
fundentes, no hay pérdidas de metales por velarización pequeña. Como
desventaja se tiene el costo de la energía eléctrica, consumo elevado en
electrodos y refractarios
• Conversión
• Pirorefinación
• Refinería (Electrorefinería)
Para incrementar progresivamente la ley o contenido de cobre del material
sometido a fundición, el proceso Pirometalúrgico considera fases consecutivas
de Fusión, Conversión y Refinación.
• Chancado
• Molienda
• Flotación
1.1.- Chancado: Se usan chancadores los cuales trituran la roca mediante
movimientos vibratorios, el objetivo es reducir el tamaño de los fragmentos de
casi 1m de diámetro hasta obtener una tamaño uniforme de ½ pulgada (1.27cm)
En esta etapa la humedad original del concentrado (6% a 8%) se reduce a niveles
que oscilan entre 0.2% a 0.3%.
2.3.- Tostación
Consiste en la oxidación parcial de los sulfuros del concentrado y de la
eliminación parcial del azufre de este como SO2 y ocurre según reacciones
sólidos-gaseosas, a temperaturas de 500°C a 800°C.
3.-Fusion.
El concentrado de cobre se recibe en la Fundición, cuya primera etapa industrial
es el Horno de Fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el azufre y el
hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1400
º C.
Donde:
Escoria: FeO, Fe3O4, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Cu2O, otros Gas: O2, SO2, N2, CO2,
H2, H2O, otros.
4.-Conversion:
El objetivo es incrementar la riqueza en cobre del producto, donde se le somete a
una gran oxidación adicional en un proceso discontinuo, consiguiendo un
producto intermedio denominado blíster con un contenido en cobre del 99%.
La conversión se lleva a cabo en 2 fases:
En la segunda fase ocurre la oxidación del sulfuro cuproso (a 1200 °C), donde se
forma óxido cuproso, y tan pronto como se ha formado oxido cuproso, éste
reacciona con el sulfuro cuproso para formar cobre blíster y dióxido de Azufre (a
800°C).
Cu2S + 2O2 ------> 2CuO + SO2 Cu2S + 2CuO -----> 4Cu + SO2
Cada horno opera de forma secuencial, de acuerdo con las cinco etapas
mencionadas.
Una vez limpio el cobre, se inicia la etapa de reducción del nivel de oxígeno
presente en el baño fundido, mediante la inyección de gas natural fraccionado con
vapor de aire. Así se obtiene cobre anódico con un contenido de cobre de un
99,6%.
El cobre anódico se extrae del horno de ánodos por una canaleta cubierta, a la
rueda de moldeo que va girando, produciéndose la solidificación del ánodo
fundido por contacto con el aire ambiente.
6-.Electrorefinacion:
Esta última etapa, al igual que la etapa de concentración, no tiene carácter
Pirometalúrgico, pero la tomamos en cuenta a modo de finalización del proceso.