Metalurgia Del Plomo 2019

METALURGIA DEL PLOMO 2019

PRODUCCION DE PLOMO .

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1.EN

LOS 30 ULTIMOS AÑOS SE HAN DESARROLLADO NUEVOS PROCESOS PIROMETALURGICOS Y TECNOLOGIAS PARA PROCESAR METALES NO FERROSOS COMO EL COBRE, NIQUEL, PLOMO, ESTAÑO, ETC. CON LA FINALIDAD DE:

- MEJORAR EL CONTROL DEL MEDIO AMBIENTE. - INCREMENTAR LAS RECUPERACIONES DE ECONOMICAMENTE RENTABLES.

- REDUCIR COSTOS DE PROCESAMIENTO. Febrero 2013 Lima, Perú

LOS

METALES

METALURGIA DEL PLOMO HISTORIA • Los antiguos lo llamaban Opherét: Plinio describe una separación de plomo, del estaño y de la plata por fusión • Los primeros objetos de plomo datan de los 5,000 años A.C. En la Unión Soviética se encontró una "rueca • Existen evidencias que a 4,000 años A.C. los egipcios ya transformaban los "plomos rojos" en variados pigmentos cosméticos. • En Templo de Osiris, se ubico objetos de 3 800 A.C. • Alrededor de los 2,000 años A.C se explotaban minas de plomo en Chipre, Cerdeña y España • Los jardines colgantes de Babilonia del 600 A.C. cuentan con pisos revestidos con hojas de plomo.

HISTORIA COMPLEJO METALURGICO DE LA OROYA

Febrero 2013 Lima, Perú

•1901: CERRO DE PASCO COPPER CORP. LLEGA A CERRO DE PASCO. FUNDICION DE TINYAHUARCO •1922: CdeP COPPER CORP. INICIA SUS OPERACIONES EN LA OROYA. •1973: EL ESTADO PERUANO ESTATIZA TODAS LAS MINAS Y EL CMLO DE LA CdeP CORPORATION. CMP SA. •1997: DRP COMPRA LA FUNDICION DE LA OROYA.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Punto de Fusión : 327.4 °C Punto de Ebullición : ± 1737 °C Peso Específico : 11.34 a 20 °C (s) 10.30 (l) Tensión Superficial : 442 dinas/ cm2 Viscosidad : 2.12 centipoises a Calor específico : 0.0297 cal/gramo Conductividad Térmica : 0.083 cal/seg Coeficiente de dilatación lineal : 27 x 10-6 Resistividad : 20.65 microohmios-cm Potencial electrolítico : 0.122V Dureza Brinnel (colado) : 4.2 Dureza escala Mohs : 1.5 Resistencia a la tracción es baja: 1.4 Kg/mm2

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS • El plomo está dentro del grupo IV, período VI de la tabla • El plomo y sus compuestos son muy tóxicos. • A temperatura ambiente el ácido sulfúrico no lo ataca al plomo metálico. Por encima de 200ºC el Pb disuelve en solución concentrada de H2SO4 • El ácido nítrico lo disuelve y forma nitrato de plomo (soluble). • En soluciones concentradas y álcalis fuertes fundidos, con el plomo forma plúmbitos • En el agua el plomo es estable porque está cubierto por una capa protectora de hidróxido de plomo. Pb(OH)2PbCO3 • En presencia de CO2 produce una corrosión considerable debido a la formación de bicarbonato de plomo, Pb(HCO3)2. (soluble) • Funde en contacto con aire al estado liquido, oxida y forma litargirio (PbO), • Los ácidos orgánicos reaccionan con el plomo en presencia del oxigeno para formar las sales orgánicas correspondientes.

USOS • El principal uso del plomo en la forma de acumuladores, el consumo es de 53 %. • Como tetraetilo, que se usaba como antidetonante en la gasolina. • En chumaceras, soldadura, pinturas anticorrosivas. • Como "autolubricante", este metal se emplea casi universalmente en cojinetes. • En la fabricación de munición para armas de pequeño calibre • Como lastre en los buques, contrapesos • El óxido de plomo se usa como agente antioxidante en la fabricación de matrices,. • Por propiedades anticorrosivas, en atmósfera, agua subterránea y salinas. • El arseniato de plomo es un insecticida usado ampliamente en la agricultura • Como estabilizadores en plásticos vinílicos. • El blanco de plomo es el pigmento de más uso, bajo costo, poder de recubrimiento, permanencia y blancura extremada. • En los revestimientos de cables debido a su resistencia a la corrosión • Como tal también se emplea en la industria del papel, en la fabricación de ácido sulfúrico y en la de los ánodos empleados en la electrólisis. • Blindajes contra rayos X,

USOS

• Excelentes propiedades antifricción. • Resistencia a la corrosión atmosférica, subterránea y de aguas salinas. • Resistencia al H2SO4 y a los compuestos sulfurosos. • Blandura y facilidad de trabajo. • Punto de fusión bajo combinado con su alto punto de ebullición. • Costo bajo y valor elevado del metal secundario. • Peso específico elevado. • Resistencia a las penetraciones por las radiaciones de longitud de onda corta. • El 10% se emplea por razón de su peso, el 30% en atención a su blandura, facilidad de trabajo y resistencia a la corrosión, el 24% debido a sus propiedades aleantes y el 33% debido a sus compuestos químicos.

MINERALES DE PLOMO: GALENA - Mineral perteneciente a los sulfuros (menas metálicas), de fórmula PbS (sulfuro de plomo). - Color gris plomo, intenso brillo metálico, a menudo con pátina azul y mate, y raya negra grisácea. - Densidad 7,2 a 7,6, dureza entre 2,5 y 3 escala de Mohs. Mineral muy frágil, blando, muy pesado

MINERALES DE PLOMO: CERUSITA

- Mineral formado por carbonato de plomo, de fórmula PbCO3 - Es incoloro, blanco, gris, amarillo, pardo o negruzco, por inclusión de galena, brillo graso a adamantino y raya blanca. - Densidad 6.4 a 6.6 y dureza de 3 a 3.5, según la escala de Mohs.

La Cerusita CO3Pb

MINERALES DE PLOMO: ANGLESITA

- Mineral perteneciente a la familia de los sulfatos (menas metálicas), compuesto por sulfato de plomo de fórmula PbSO4 - Es incoloro, blanco, amarillento, pardusco y gris, brillo adamantino a graso y raya blanca - Densidad 6,3, dureza 3 según la escala de Mohs. Frágil, básica

ALEACIONES Y COMPUESTOS

• Plomo – Antimonio: aleación dura; la adición de Ca por Sb hace la aleación más tenaz y homogénea y el Bi aumenta su fusibilidad. • Plomo – Arsénico: El As comunica fluidez al plomo, le hace más duro y frágil • Plomo – Estaño: Es dura, baja el punto de fusión. • Plomo - Calcio: Esta aleación se utiliza en la fabricación de ánodos • COMPUESTOS DEL PLOMO • Oxido de Plomo • Cloruro plúmbico. • Oxicloruro de plomo: • Carbonato Plúmbico: Albayal de Cerusa; • Nitrato Plúmbico: aumenta la sensibilidad de las placas metálicas en los baños de plata. • Cromatos de Plomo: Se le utiliza como color para pintura

EMPRESAS PRODUCTORAS

Consumidores de Plomo Refinado • Estados Unidos, es el principal consumidor de América tiene el promedio del 20 %, le siguen Canadá y México en cada caso tienen 2 %. Brasil es un importante mercado seguido de Argentina. • Alemania y el Reino Unido son los principales consumidores del mercado europeo. • Japón consume 46 % de plomo refinado, constituyéndose en el tercer consumidor mundial. • La China ha incrementado su producción sustantivamente, otros países como: Tailandia, Malasia e Indonesia. • El principal consumidor es Sudáfrica, que tiene el 43 % del consumo africano. Le siguen en orden de magnitud Egipto y Argelia. • Australia da cuenta del 80% del consumo en este continente

PRODUCCION DE PLOMO

PROCESOS

1. PROCESO CONVENCIONAL 2. PROCESO KIVCET. 3. PROCESO OUTOKUMPU 4. PROCESO QSL. 5. PROCESO AUSMELT. Febrero 2013 6. PROCESO ISASMELT. Lima, Perú

*

SINTERIZACIÓN

*Es la aglomeración de partículas finas y sueltas en una

masa compacta y porosa mediante fusión originada por el calor producido por combustión dentro de la misma mena.

*Es el proceso en los que los materiales de granulometría fina, ejemplo, concentrados de mena, son transformados en terrones más gruesos.

*Se utiliza particularmente si la mena va a ser fundida

dentro de un horno de cuba, en el cual el material fino obstruiría el paso del gas. Sinter de plomo

* PROCESO DE SINTERIZACIÓN *Se introduce en una máquina de sinterización

una carga de concentrado de plomo (sulfuro de plomo) *Se añaden fundentes como sílice, caliza, coque, pirita, zinc *En la máquina de sinterización, la carga de plomo se somete a chorros de aire caliente que queman el azufre, creando así dióxido de azufre. *El óxido de plomo que queda después de este proceso contiene alrededor del 9 % de su peso en carbono.

Fundición en Horno de Manga

El sinterizado, junto con coque, diversos materiales reciclados y de limpieza, caliza y otros fundentes se cargan, para su reducción, en un horno de cuba, donde el carbón actúa como combustible y funde el material de plomo. La carga de Sinter y Coque a  800°C se alimenta en el Tragante del Horno de Manga ISP (Proceso Imperial de Fundición) empleando un Sistema Doble Campana Hermética 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 Zn líquido.

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 Coque genera Calor y CO como gas reductor.

La Reducción ocurre en la Cuba del Horno por acción directa del Coque y por Reducción con CO gaseoso según las reacciones:

Los Gases que salen del Horno por la parte superior contienen aproximadamente 5% Zn (vapor), 10% CO2, 20% CO, 30-60% SO2 y N2 3-5% y entran a un Sistema de Condensación Horizontal donde hay un Baño de Pb líquido a 440°C el que es agitado violentamente mediante Agitadores (8 Rotores) mecánicos que producen una Lluvia de Gotas de Pb líquido que condensan el Vapor de Zn, formando una solución líquida Zn-Pb y dos fases líquidas separadas de Pb y de Zn.

Esto no sólo contribuye a Condensar el Zn, sino que también evita la Re-oxidación 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 en 2 fases: una Fase Líquida Rica en Zn con menos de 1% de Pb que sobrenada y una Fase Líquida Densa de Pb saturado en Zn que se bombea de vuelta al condensador.

El Pb contenido inicialmente en el Sinter, ahora como Pb líquido, se acumula como Plomo de Obra en el fondo del crisol, en tanto que impurezas como el Cd se volatilizan junto con el Zn. 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 3 Fases Líquidas:

a) Un Eje líquido de Cu2S-FeS que se debe tratar separadamente en un convertidor de Cobre. Este eje también contiene algo de Au, Ag y Pb. El resto de los metales nobles se encuentra disuelto en el Plomo de Obra el que se refina posteriormente.

b) Un Speiss líquido de As-Fe-Sb que también disuelve Ni y Co. 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 As como sea posible por Oxidación como As2O3 en los Gases de la Máquina de Sinter.

c) La Escoria generada contiene considerable cantidad de Zn 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.

VARIABLES DE OPERACION • Composición de la carga: Se tiene en cuenta los índices a los cuales debe formarse la escoria en los hornos y la cantidad de azufre (15 % de azufre y 38 á 40 % de Pb) • Granulometría: Va desde ¼” a 3/8", • Relación Producto Fino/Lecho de Fusión.: 7 % de azufre , Relación Producto Fino/Lecho de Fusión: 2,0 á 1; aunque se opera en un rango de 1,5/1,0 - 2,0/1,0. • Velocidad de Máquina.: Si se tiene una tostación incompleta se disminuye la velocidad de las máquinas o viceversa; se trabaja desde 0,80 á 1,20 mts/min. • Altura de la Carga.: Influye en el paso del aire a través de la carga. Altura de carga; se trabaja desde 28 cm á 40 cm. • Humedad.: Se ha establecido en 6 % • Temperatura de encendido: 900 á 1 000°C • Presión en la cubierta de la máquina: - 0,05 Pulg de agua

VARIABLES DEL PROCESO • Temperaturas: Precalentamiento 150ºC • Calentamiento: 400ºC • Reducción: 900ºC • Fusión: 1 200ºC • Presión de ingreso de aire: 16 - 20 Kpa • Volumen de aire: 200 - 300 m3/min • Temperatura de gases: 150 - 200ºc • Tiraje en el horno: 0,55 Kpa • Temperatura de colada: 1200ºC

EQUIPO Y MAQUINARIA • Hornos de Manga: • Tragante; parte superior que contiene el dispositivo de la carga. • Cuba; contiene toda la columna de carga. Tiene una altura de 4,5 á 6 metros • Etalaje; zona de fusión, esta zona es refrigerada con agua, la inclinación es de 5 á 7º • Crisol; se reúnen los productos fundidos. • Toberas; suministro de aire , diámetro de las toberas de 2 ½ “ á 4 ½ “. • Tanques de Sedimentación: • Dimensiones – Base final de zona de fusión: 5 x 1,5 m – Longitud del horno: 1,5 m – Ancho: altura de soplos : 1,2 m – Altura de la columna: 5,2 m – Número de soplos: 30 – Diámetro de los soplos: 10 cm – Altura carga sobre toberas: 5,0

FACTORES PARA UNA BUENA FUSION • Control del Peso de Carga: Los pesos de los constituyentes de las cargas del horno deben ser controladas, el parámetro establecido es de 16 a 18 % del coque por 100 % de sinter. • Control del Volumen de Aire. La cantidad de aire es el requerido para la combustión completa del coque. La presión del aire debe mantener la carga suspendida haciendo un descenso en forma suave. • Control de Toberas: Las toberas deben mantenerse limpias, para que la presión y volumen de aire que ingresa sea el mismo y constante. • Control del Agua de Refrigeración. Las chaquetas no tiene una protección interna de ladrillo refractario, por lo que su cuidado es importante. • Control del Nivel del Baño del Crisol: El nivel de baño se mantiene en el crisol, se controla con una buena colada de productos

Planta de Espumaje: Es parte de la fundición de plomo y tiene un sistema de encerramiento y ventilación que ha permitido eliminar las emisiones fugitivas Posee una batería de ollas donde se recepciona el plomo de obra y mediante un tratamiento térmico se separa parte de las impurezas en forma de dross de plomo. El plomo libre de dross, es decoperizado mediante agitación para remover el cobre remanente, obteniéndose plomo bullón que es transferido a la sección de moldeo. El dross de plomo es fundido en el Horno Reverbero donde se recupera "plomo de obra" y las impurezas son removidas a través de la mata y speiss, que son transferidos al Circuito de Cobre.

Horno Reverbero

PLANTA DE ESPUMAJE Materia Prima: El plomo de obra de 92 á 93 %. Se considera los ánodos gastados de plomo procedentes de la Refinería Electrolítica. Proceso de drosado de plomo de obra • El plomo de obra llega a la planta a 950 - 1000ºC, en las ollas en donde se le agrega ánodos corroídos, se disminuye la temperatura a 500 - 500ºC, a la cual se forma la primera espuma, que esta compuesta, principalmente, por mata y speiss; esta se zarandea par ser cargada al horno de reverbero. El punto de fusión dela mata es de 950ºC y del speiss es de 700ºC. • Proceso de Decoperizado • El decoperizado se realiza por la reducción de temperatura, en donde los compuestos de cobre solidifican a la temperatura de 315 - 320ºC, se forma un eutectico Cu - Pb; con un contenido mínimo de cobre de 0,02 %.

Espumado en Ollas

Decoperizado, el Plomo de Obra a 600-650°C es transferido 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 g/cm3) que flota sobre el Pb (Pb=11.3 g/cm3), formando una Costra Irregular (Dross), la cual se oxida considerablemente al aire a 480°C.

Durante el enfriamiento, forman hasta 4 Capas

se

1) Dross de Cu-O-PbO 2) Eje de Cu2S 3) Speiss de Fe-As-Sb 4) Bullion de Pb.

Posteriormente, al bullón se le adiciona S elemental y se precipita el resto del Cu como Cu2S (insoluble en el Bullón), agitando constantemente el baño líquido, según la Reacción.

El Cu2S sobrenado en el bullón y es eliminado por Escoriado manualmente. El Dross que ha sido removido se carga en una olla, a 1300 °C más la adición de Na2CO3 y Coque 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) Circuito Pirometalúrgico del Cu. b) Máquina deSinterización (Respectivamente). La Escoria es retornada al Horno Manga ISP.

Los Gases van a Colectores de Polvos y retorna a la etapa de Sinterización.

AFINO PIROMETALURGICO Variables del proceso • Consumo de reactivos: • Decoperizado: Azufre: 0,2 kg/kg de Cu • Ablandamiento: – NaOH : 0,10 Kg /Kg de Sb – NaNO3 : 0,17 Kg/kg de Sb – ClNa: 0,10 Kg/kg de Sb • Desplatado: Zinc: 2,7 kg/kg de Ag • Descincado: • Desbismutizado: – Primera etapa – Ca: 0,2 kg/kg de Bi – Mg: 0,3 Kg/kg de Bi

Planta Moldeo de Plomo El plomo bullón decoperizado es moldeado en dos tornamesas (imagén de la derecha), obteniéndose como producto ánodos de plomo de 96.4% de pureza, los cuáles son enviados en carros anoderos del Ferrocarril Interno a la Refinería. Esta planta pertenece a la Fundición de Plomo y cuenta con dos ruedas de moldeo.

REFINACION DE PLOMO Comportamiento de las impurezas • El Fe y Zn, son más electronegativos y requieren menor voltaje para disolver, por lo tanto pasan al electrolito • El estaño tiene un potencial de celda similar al plomo, por lo tanto pasará a formar parte del cátodo. • El Bi, Sb, Cu, Ag y Au, tiene un potencial mayor al plomo, quedan al estado metálico en el ánodo corroído. • El antimonio es necesario, hasta un nivel de 0,85 % en el ánodo, permite que el lodo quede adherido sin caer en el fondo de la celda. • El cobre debe ser lo mínimo posible, menos de 0,05 %, dado que su presencia endurece la superficie del ánodo, con lo cual disminuye la velocidad de disolución • El arsénico debe ser menor a 0,5 %, dado que reacciona con el ácido fluosilicico, con lo cual se produce perdidas de electrolito.

REFINACION DE PLOMO Variables • El ciclo de corrosión es de 4 días y se limita a que el potencial de celda a un nivel que permita la disolución de las impurezas del ánodo y pasen al cátodo. • La separación de electrodos es de 3 cm. • Las celdas funcionan con una tensión de 0.3 y 0.6 voltios. • La densidad de corriente es: anódica: 14,5 amp/ft2 ; catódica: 17;0 amp/ft2 • Celdas de concreto armado revestidas interiormente de brea o asfalto, 4,50 x 0,95 x 1,30 m y 5 082 litros de capacidad • Composición del electrolito: 120 gr/lt de ácido total, 75 gr/lt de ácido libre y 70 gr/lt de plomo • Temperatura de 38 á 40ºC: mayor temperatura produce evaporación de HF • Flujo: 18 á 20 lt/min • El electrolito contiene: Plomo (68 gr/lt), Acido fluosilico libre (70 gr/lt), Acido combinado (120 gr/lt). • Se adiciona: Cola, para mejorar características físicas del deposito. El Goulac, aumenta la ionización del electrolito y mejora la distribución de corriente • El electrolito debe ser circulado en forma constante a un flujo de 17 á 20 lt/min,

PRODUCCION DE PLOMO

PROCESOS

1. PROCESO CONVENCIONAL 2. PROCESO KIVCET. 3. PROCESO OUTOKUMPU 4. PROCESO QSL. 5. PROCESO AUSMELT. Febrero 2013 6. PROCESO ISASMELT. Lima, Perú

PRODUCCION DE PLOMO

PROCESO CONVENCIONAL 1.

SINTERIZACION DE CONCENTRADOS Y FUNDICION EN ALTOS HORNOS.

2.

SE CONTINUA UTILIZANDO EN:

3.

EL PERU: DRP - LA OROYA.

4.

MEXICO: PEÑOLES – TORREON.

5.

USA: DRC – SAN LUIS (HERCULANEUM).

6.

CANADA: XSTRATA – NEW BRUNSWICK.

7.

AUSTRALIA: PORT PIRIE, MOUNT ISA.

Febrero 2013 Lima, Perú