Que es la pirometalúrgia

La pirometalúrgia es la rama de la metalurgia y de la electrometalúrgia consistente en la obtención y refinación de los metales utilizando calor, como es en el caso de la fundición.
La pirometalurgia es la técnica tradicional de extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio del calor. Se trata principalmente de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. Históricamente, este procedimiento fue el primero en aparecer. Las operaciones se efectúan entre 950 y 1000°C.
Una gran cantidad de metales tales como el hierro, níquel, estaño, cobre, oro y plata son obtenidos desde el mineral o su concentrado por medio de la pirometalúrgia.
La pirometalúrgia es utilizada en mayor proporción porque es un proceso mucho más rápido, su desventaja es ser altamente contaminante para el ambiente.

Ventajas y desventajas de los procesos pirometalúrgicos

Ventajas:

Velocidades de rección muy rápidas

Producción elevada

grandes instalaciones

Ideales para tratamiento de materias primas complejas y heterogéneas

Desventajas:

Poca selectividad y eficiencia de las reacciones quimicas

A veces es necesario repetir las etapas

Problemas de contaminación ambiental por residuos gaseosos (SO2) y por ruidos

Consumo energetico elevado

Principales operaciones pirometalúrgicas

Calcinación

Consiste en la descomposición del mineral en sus óxidos formadores por la acción del calor.La calcinación es el proceso de calentar una sustancia a temperatura elevada, pero por debajo de su punto de fusión, para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su constitución física o química. (click en la imagen para ver en tamaño completo)

Tostación

Consiste en la oxidación de un sulfuro en presencia de aire.La tostación , por cualquiera de los diferentes métodos técnico es indispensable en casos de ciertos minerales o concentrados para prepararlos previamente a la lixiviación. La tostación puede hacerse variar , según sea necesario par producir un sulfato , un óxido , reducir el contenido de óxido , producir un cloruro , o bien una combinación de estos resultados(click en la imagen para ver en tamaño completo)

Fusión

Obtencion de una fase fundida

- fase metalica

- fase oxidada

- fase sulfurada

- fase con arsenico

Volatilización

Obtención del metal o compuesto del metal como gas. La volatilización es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido. Antiguamente también se la llamaba de la misma forma que al proceso inverso, la sublimación.

Metalotermia

Desplazamiento de un metal de un compuesto por otro metal más activo o más ávido por el metaloide formador del compuesto.Electrólisis ígnea o de sales fundidasObtención de un metal a partir de un compuesto en estado fundido utilizado como reductor la corriente eléctrica.

Reactores químicos donde se realizan las operaciones pirometalúrgicas

existen varios hornos o Reactores químicos donde se realizan las operaciones pirometalúrgicas, podemos encontrar entre ellos (haga click en la imagen para verla en tamaño completo):

Horno de Cuba:

Horno reverbero:

Horno electrico abierto:

Horno electrico cerrado:

a su vez cada horno posee distintas ventajas y desventajas que pueden ser dependiendo del horno:

Ventajas del horno de Cuba:

· Gran capacidad de tratamiento en poco volumen

· Funcionamiento sencillo

· Economía de combustible (excepto en operaciones reductoras)

· Posibilidad de realizar todo tipo de operaciones desde oxidantes a reductoras

Desventajas

· Imposibilidad de tratar cargas pulverulentas

· Combustible caro

· Perdidas de CO en los gases y dificultad para recuperarlas

· Difícil control del proceso de funcionamiento

· Necesidad de preparar la carga (tamaño y resistencia mecánica)

Ventajas del horno de reverbero.

· Tratamiento de carga pulverulenta no es necesaria la aglomeración

· Empleo de combustible barato.

· Control preciso de la temperatura y de las reacciones químicas.

· Posibilidad de utilizar escorias con márgenes de composición muy grandes.

Desventajas.

· Elevado consumo de combustible.

· Para que sea rentable hay que trabajar a gran escala.

· Gastos de instalación elevados

· Consumo elevado refractario

· Puesta en marcha y parada muy lentas

Ventajas de los hornos electricos:

Posibilidad de trabajar en atmósferas ultrareductoras.

· Posibilidad de fundir productos muy refractarios

· No es necesario añadir fundentes.

· Pérdidas de metales por volatilización pequeña

· Instalaciones compactas de funcionamientos sencillos

Desventajas:
El costo de la energia eléctrica
Consumo elevado de electrodos
Consumo de refractarios.

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La pirometalúrgia en el cobre

El proceso de obtención y refinación del cobre depende de que el mineral sean sulfuros (cuando el cobre se combina con el azufre pasa a llamarser sulfuro de cobre), en cuyo caso se utiliza la vía pirometalúrgica en la que se producen ánodos y cátodos, o que sean óxidos, en cuyo caso se utiliza la vía hidrometalúrgica en la que se producen directamente cátodos, por ahora nos concentraremos en el proceso pirometalúrgico:

El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre el 0,5-0,2% de cobre, por lo que hay que concentrarlo en la mina, mediante flotación, para su transporte y uso final en la fundición, obteniéndose un concentrado de cobre que contiene entre 20 y 45% de cobre, los otros dos componentes principales son el azufre y el hierro, además de otros metales entre los cuales se encuentran el oro y la plata como positivos y el plomo, arsénico y mercurio como impurezas.

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 1300 º C. En el horno el azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el hierro, conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduce en el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida el cobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior y se extrae del horno formando parte de un producto que se denomina mata de cobre, con un contenido del 62% de cobre, mientras que la mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en la parte superior del horno y se extrae en forma de escoria con un contenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice.

La mata de cobre pasa a la sección de convertidores, para incrementar la riqueza en cobre del producto, donde se le somete a una gran oxidación adicional en un proceso discontinuo “batch”, consiguiendo un producto intermedio denominado blister con un contenido en cobre del 99%, gases ricos en SO 2 que se unen a los gases anteriores del horno y escorias con un contenido del 6% de cobre.
El blister pasa al horno de afino donde incrementa su contenido en cobre hasta el 99,6% y posteriormente a la rueda de moldeo de ánodos, donde se da a los ánodos la forma geométrica, semejante a una camiseta de mangas cortas extendidas, necesaria para su utilización en la Refinería.

Los gases de SO2 producidos en el horno y convertidores se recogen, se oxidan y se convierten en ácido sulfúrico en una planta de doble absorción, mientras que las escorias, después de tratarlas en un horno eléctrico para recuperar todo el cobre que contienen, se enfrían y granulan para su posterior utilización como material estéril.

Como regla general una Fundición que produzca 310.000 Tm/año de ánodos consume 1.000.000 Tm/año de concentrado de cobre y como subproductos produce 900.000 Tm/año de ácido sulfúrico y 300.000 Tm/año de escorias.

El proceso utilizado es el electrorefino de los ánodos, que consiste en disponer en celdas (balsas) los ánodos que actúan como electrodo positivo, separados por una placa inerte que actúa como electrodo negativo, sumergidos en una disolución de sulfato de cobre denominada electrolito y utilizar una corriente eléctrica de bajo voltaje, que al ser selectiva para el cobre disuelve los ánodos en el electrolito y los iones de cobre resultante se depositan sobre la placa inerte obteniendo los cátodos que son unas planchas de 1 m ² de superficie y un peso de 55 kg