Plomo

INTRODUCCIÓN A LA METALÚRGIA EL PLOMO

EL PLOMO (Pb) 

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Es un metal pesado de gravedad específica 11,4, de color plateado con tono azulado Funde a 327,4 °C y hierve a 1725 °C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas. Es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico.

MINERALES DE PLOMO: GALENA 

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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

La Galena (SPb)

MINERALES DE PLOMO: CERUSITA 

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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 

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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

METALURGIA DEL PLOMO 

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El proceso de producción consta de cuatro etapas: Sinterización Fusión Despumado y Afinado pirometalúrgico.

SINTERIZACIÓN 

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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   

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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.

PROCESO DE FUSIÓN 

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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. El plomo fundido fluye al fondo del horno, donde se forman cuatro capas: “speiss” (el material más ligero, básicamente arsénico y antimonio); “mata” (sulfuro de cobre y otros sulfuros metálicos); escoria del horno de cuba (principalmente silicatos), y lingote de plomo (98 % de plomo en peso)

HORNO DE CUBA 

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Se parecen a los empleados en la fusión de la mata de cobre, Se distinguen de éstos por la carga del horno de crisol y el pozo de plomo, así como el cargas de agua sólo hasta el comienzo de la columna de carga, que está construida con ladrillos refractarios.

TOSTACIÓN     

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Consiste en la transforma el PbS en PbO. Elimina el azufre con una volatilización de As y Sb (impurezas) Puede formarse en el horno de cuba mata de Cu-Pb, y es eliminado por espumación. El ZnO se escorifica con facilidad. La condición previa para una buena tostación es la trituración, para que la reacción de PbS con O2 sea lo más fácil posible, se debe cumplir: PbS + 3 O2 = 2PbO + 2SO2 + 202.8 Cal. Se hace tostación con insuflación o absorción de aire a temperaturas mayores de 800ºC para evitar la formación de PbSO4.

HORNO DE TOSTACIÓN 

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Son hornos de pisos, redondos con hogar giratorio. La tostación consiste en comprimir el aire a través de la capa de mineral que se ha encendido por la parte de entrada del aire. El mineral se junta por aglomeración y forma un aglomerado sólido y poroso. Los sulfatos presentes son descompuestos, acelerando el SO2 que se desprende. PbS + 3 SO3 = PbO + 4SO2

HORNO DE TOSTACIÓN 

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El mineral debe estar granulada, se agrega piedra caliza, residuos de pirita, residuos de la mufla, para hacerlo menos compacto. Este contenido de mezcla no debe fundir el PbS o el Pb, pues quedaría obturada la parrilla. Se obtiene Pb al 45 %, esto es lo máximo cuando se completa la tostación. La piedra caliza se añade para: PbSO4 + CaCO3 = CaSO4 + PbO + CO2

HORNO DE TOSTACIÓN 

El Sulfato de Calcio es descompuesto por dióxido de silicio, a una temperatura de 1000ºC, actuando el Trióxido de azufre gaseoso sobre los sulfuros metálicos como oxidantes.

CaSO4 + MeS + SiO2 + O2 = CaO + SiO2 + MeO + SO2 

Me: metal cualquiera de valencia 2.

Eliminación de estaño, arsénico y antimonio 

Oxidación selectiva: Al tener estos tres metales mayor afinidad hacia el oxígeno que el plomo, pueden separarse de él por oxidación, cediendo el plomo oxidado al mismo tiempo su oxígeno parcialmente al antimonio según la ecuación:

2 Sb + 3 PbO = Sb2O3 + 3 Pb 

El óxido antimonioso es oxidado por el aire dando óxido antimónico que se combina con el óxido plumboso dando antimoniato de plomo, el cual puede oxidar más al antimonio. 3 (2 PbO.Sb2O5) + 8 Sb = 6 Pb + 7 Sb2O3

Eliminación de estaño, arsénico y antimonio 

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El óxido plumboso forma con arsénico, antimonio y estaño, arseniato de plomo líquido, antimoniato de plomo líquido y estannato de plomo sólido. Estos productos son llamados "costras de arsénico, antimonio o estaño". Se forma litargio puro, lo cual significa el fin del proceso de oxidación

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

PROBLEMA QUE PRESENTA LA SINTERIZACIÓN 

Es reducir suficientemente el contenido de azufre, de aproximadamente 12% a sólo 1%, para obtener el material oxidado requerido para la alimentación del horno de cuba y lograr esta desulfurización sin liberar suficiente calor para que se funda la carga en proceso y comience a gotear hacia la caja de viento.

Alimentación a la planta de sinterización   

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27.50%. Concentrados 1.4% Fundentes 7.0% Productos secundarios comprados y generados 16.3% Escoria granulada 47.8% Sinter de retorno

PROCESO DE SINTERIZACIÓN COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL SINTER DE PLOMO:    

Ag: 9,05% Pb: 43,0% Cu: 1,0% Fe: 11,3%

CaO: 7,1% Zn: 5,4% S: 5,1% SiO: 7,1%

COMPOSICIÓN DEL SINTER FINAL:  Pb: 46,3% Cu: 1,08%

S: 1,7%

La Fundición de Plomo 

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Está constituido por tres Hornos de Manga, la planta de espumaje y dos ruedas de moldeo. El sinter grueso proveniente de la Planta de Aglomeración es alimentado junto con coque metalúrgico a los Hornos de Manga donde mediante un proceso de fusiónreducción se obtiene "plomo de obra" y escoria . El plomo de obra se envía a la Planta de Espumaje y las escorias son transportadas y almacenadas Los gases y polvos generados en el proceso pasan a través de los sistemas colectores de alta eficiencia (baghouse) donde el polvo es recuperado y enviado a los Short Rotary Furnace para su tratamiento.

FUNDICIÓN DE PLOMO EN EL HORNO DE MANGA 

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El horno eleva la temperatura y genera el denominado "plomo de obra" que pasa a la planta de espumaje a fin de retirar las trazas de cobre y generar el "plomo bullón". El plomo bullón decoperizado pasa al moldeo generándose los ánodos de plomo moldeados y de allí a la refinería de plomo para obtener el producto final o"plomo refinado". En la planta de aglomeración los gases SO2 se dirigen hacia la nueva planta de ácido sulfúrico de Plomo

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. Los cargadores de los ánodos y el carro anodero que transporta los ánodos hacia la refinería se muestran en las figuras abajo

Refinación de Plomo

La Refinería de Plomo, única en Sudamérica, utiliza el proceso Betts modificado Refina electrolíticamente los ánodos de plomo bullón obteniendo un plomo catódico que luego es fundido y moldeado en forma de lingotes y blocks: 99.997%..

Refinación de Plomo 

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El plomo bullón producido en la fundición contiene antimonio (Sb), bismuto (Bi) y plata (Ag), se refina electrolíticamente, por el proceso Betts modificado en la Refinería de Huaymanta. El plomo refinado producido tiene una pureza de 99.9976% cuya calidad es de gran demanda en el mercado mundial. Los otros elementos que quedan adheridos en los ánodos gastados son retirados en forma de lodo anódico con altos contenidos de plata y enviado a la planta de Residuos Anódicos

DIMENSIONES DEL ÁNODO 

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Los ánodos de plomo de 36 por 24 por 1 pulgadas (90 X 60 X 2.5cm) y con peso de 350 libras (159.1 kg), se vacían y colocan en celdas con cátodos de láminas de plomo puro de 10 libras (4.5 kg). Se ponen de 50 a 60 ánodos y cátodos en una celda con separación de 1 5/8 pulgadas(4.1 cm) entre caras. Si se reduce esta separación puede haber contacto entre las superficies y cortos circuitos. Las conexiones eléctricas son del sistema múltiple Walker, con los tanques dispuestos en grupos dobles para aprovechar barras conductoras comunes

Los tanques o Celdas 

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Son de construcción convencional de concreto revestido con asfalto, semejantes a los que se usan en la refinación del cobre. Un tanque para 50 electrodos, ánodos y cátodos, mide alrededor de 9 por 2 1/2 por 4 pies (2.74 x0.76 x 1.22 m).

EL ELECTRÓLITO 

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Es una solución de fluosilicato de plomo PbSiF6 con 8 a 15% en total de ácido hidrofluosilicico, H2SiF6 y 3 a 5% de dicho ácido en estado libre. El electrólito contiene también de 5 a 10% de plomo. La densidad de corriente es de 16 amperes por pie cuadrado (0.09 m2) de área de cátodo y la eficiencia de corriente es de 90 a 93%; el voltaje en las celdas es de 0.5 volt.

ELECTROLISIS 

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Como resultado de la electrólisis, el plomo, el estaño, el zinc y el hierro se disuelven en el electrolito; de éstos, sólo el estaño está bastante cercano al plomo en la serie electromotriz y se deposita también en el cátodo. El cobre, bismuto, los metales preciosos, el cadmio, el arsénico y el antimonio son todos insolubles y permanecen unidos al ánodo en forma de lodo o de esponja

ELECTROLISIS 

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Después de cuatro días se saca de la celda un residuo de 25 a 35% de ánodo. Se lleva al horno de ánodos para fundirlo nuevamente. El ciclo del proceso es de cuatro días ya que la formación en el lodo anódico de fluosilicato neutro de plomo insoluble, aumenta la resistencia al paso de la corriente y limita la eficiencia del ánodo. Existe también el peligro de que al engrosar la capa de lodo, ésta se deslice y cause cortos circuitos o se adhiera al cátodo.

Planta de Acido Sulfúrico del Circuito de Plomo Esta planta, única en Sudamérica, diseñada con altos estándares de tecnología, calidad y control, procesa los gases de SO2 procedentes de la Planta de Aglomeración obteniéndose ácido sulfúrico de 98.5% de pureza. La capacidad es de 115,000 TMA de ácido/año, permitiendo mejorar la calidad de aire de La Oroya. Inició sus operaciones en Setiembre 2008 de acuerdo a su compromiso con el PAMA. . El área de almacenamiento y despacho está conformada por 3 tanques de 10,000 TM y 1 tanque de 800 TM de capacidad que sirven de almacenamiento para la producción de ácido de los circuitos de Plomo y Zinc y la futura producción de ácido del circuito de Cobre. Permite realizar los despachos hacia el Callao y otros destinos por vía férrea y transporte carretero. Estos tanques cumplen con todos los estándares de seguridad (protección anódica, catódica y áreas de represamiento).

Tanques de Ácido Sulfúrico

Tornamesa

Cargador de Ánodos

Carros Anoderos