La pirometalurgia es la rama de la metalurgia que se encarga de la obtención y

purificación de los metales, a través de la utilización del calor. Es la técnica más

tradicional de extracción de metales, a partir de los minerales, eliminando la ganga,

que se trata de silicatos u otros minerales sin interés, que se desechan para

obtener el metal a partir del mineral.

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.

En pirometalurgia, una vez se consigue eliminar la ganga, o al menos su mayor

parte, empieza el proceso de obtención del metal. Dicho proceso consiste

básicamente en una reducción química, pues es preciso convertir el metal desde

su número de oxidación positivo (con el que aparece en el mineral en estado libre),

a número de oxidación cero:

Calcinación:

La 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. 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)

Tostación:

Es un proceso al cual se somete a los sulfuros metálicos, consiste en el

calentamiento del mineral con la presencia del oxígeno (del aire), lo que lleva a la

formación del óxido del metal y de dióxido de azufre en estado gaseoso. Dicho gas

puede ser usado con posterioridad para la fabricación del ácido sulfúrico, evitando

así la contaminación del medio ambiente, ya que es uno de los gases causantes

de la lluvia ácida.

La tostación se realiza en hornos de tostación, los cuales tienen diferentes formas.

La tostación de sulfuros de cinc y de plomo, se produce a través de las siguientes

reacciones:

2 ZnS (s) + 3 O2 (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO2 (g)

2PbS (s) + 3 O2 (g) → 2 PbO (s) + 2 SO2 (g)

El mercurio se obtiene directamente en forma de vapor a partir del sulfuro,

condensandose dicho vapour y pasando a estado líquido:

HgS ( s) + O2 (g) → SO2 ( g) + Hg ( g)

Existen muchos tipos diferentes de tostaciones como la tostación oxidante,

magnetizante, sulfatante, clorurante, carbonizante, segregante, volatilizante,

reductora, etc.

Reducción:

Este proceso consiste en la obtención del metal libre a raíz del óxido metálico en el

cual el metal aparece con oxidación positiva.

Para su realización se usa un reductor, que en muchos casos es el carbón, el CO,

el hidrógeno, o cualquier otro metal más reductor.

Al igual que la calcinación, este proceso se lleva a cabo en hornos de diferentes

formas y tamaños.

Existen metales que en la naturaleza ya se encuentran en forma de óxidos, en

cambio otros, aparecen como sulfuros, y deben ser tostados previamente para

convertirlos en óxidos. En el caso de que se presenten a modo de carbonatos,

previamente se necesita una calcinación:

SnO2 (s) + 2C (s) → Sn (l) + 2 CO (g)

Cr2 O3 (s) + 2 Al (s) → 2 Cr (l) + Al2 O3 (s)

Los procesos pirometalúrgicos tienen ventajas y desventajas:

Ventajas:

Poseen una rápida velocidad de reacción

Obtienen una producción elevada

Son ideales para tratar materias primas heterogéneas y complejas

Desventajas:

Tienen poca selectividad

A menudo se deben repetir las etapas de obtención

Produce gran contaminación ambiental debido a los residuos gaseosos como el

SO2.

Consume una elevada cantidad de energía.

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.

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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

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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.

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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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P I R O M E T A L Ú R G I C A S

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

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