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Jerónimo Rodríguez Becerra Proceso para obtención de plomo a partir de galena (PbS)

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Jernimo Rodrguez Becerra

Proceso para obtencin de plomo a partir de galena (PbS) El principal mineral que constituye la mena ms importante del plomo es la galena, cuyo componente mayoritario es el sulfuro de plomo (II).

El proceso principal de produccin de plomo consta de cuatro etapas: sinterizacin, fusin, despumacin y afinado pirometalrgico.Normas Los problemas que genera el plomo en la salud de la poblacin en general, as como los graves problemas de contaminacin ambiental que produce en la tierra, aire y agua del pas, han motivado que se busque regular su uso y la contaminacin que produce. Para la proteccin de la salud en general se han elaborado las Normas Oficiales Mexicanas.

- Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996. Establece los lmites mximos permitidos de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.

- NOM 023 STPS 2003. Trabajos en minas. Condiciones de seguridad y salud en el trabajo.

La revisin de las Normas Oficiales Mexicanas (NOM), arrojan como resultado que existen 31 normas que estn relacionadas directamente con la regulacin del plomo para las diversas actividades econmicas del pas. Las NOM clasificadas se refieren a diversos mbitos de regulacin, principalmente las de emisiones de plomo al aire, suelo y tierra.

La mayora de las normas estn basadas en los efectos del plomo sobre la salud en general. El sector ms controlado es el dedicado a la obtencin del metal y a la manufactura, en los cuales se producen desechos que contienen este metal.

NOM-117-SSA1-1994, denominada BIENES Y SERVICIOS. MTODO DE PRUEBA PARA LA DETERMINACIN DE PLOMO EN AGUA POTABLE.NOM-041-SSA1-1993, establece que el Lmite Mximo de Plomo en el agua es de 0.02 mg/L. - NOM-001-ECOL-1996. Establece lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales vertidas a aguas y bienes nacionales, con el objetivo de proteger su calidad y posibilitar sus usos.

NOM-052-ECOL-1993. Establece las caractersticas de los residuos peligrosos, el listado de los mismos (incluyendo al plomo) y los lmites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. - NOM-005-STPS-1998. Hace referencia al manejo del plomo. Establece las condiciones de seguridad para su manejo, transporte y almacenamiento.

NOM-024-SSA1-1993. Establece el valor permisible para la emisin de metales pesados y su concentracin total en el aire ambiente. La concentracin de partculas suspendidas no debe rebasar los 260 ug/m3 en 24 horas.

- NOM-026-SSA1-1993. Establece el valor permisible para la concentracin de plomo en el aire ambiente. - NOM 091 ECOL 1994 Que establece los lmites mximos permisibles de emisiones a la atmsfera de bixido de azufre y material articulado proveniente de las plantas de fundicin.

- NOM-026-SSA1-1993. Criterio para evaluar la calidad del aire ambiente, con respecto al plomo. Valor normado para la concentracin de plomo en el aire ambiente, como medida de proteccin a la salud de la poblacin.

El primer paso a realizar es la extraccin.Para lograr esto se debe llevar a cabo las explosiones en la mina para que despus sea extrado el mineral y se cargue a los camiones que lo transportaran a la trituracin.

La separacin de los minerales valiosos de la ganga se realiza por pulverizacin o molido, lo cual implica trituracin y si es necesario, molienda, hasta un tamao de partcula tal que el producto sea una mezcla de partculas de mineral y de ganga relativamente limpias.

Composicin del mineral extradoSulfuro de Cobre 48%Hierro 12.3%xido de Silicio 12.5%Antimonio 1.5%Arsnico 0.7%Cobre 4%xido de Calcio 7%Oro 1%Plata 2%xido de Zinc 11%TrituracinLa mena extrada se reduce a unos 10-20 cm en la trituracin primaria. Despus en la trituracin secundaria se reduce a unos 0.5-2 cm.

Para separar la mena de tamao adecuado se utilizan cribas vibratorias, que son colocadas delante de las trituradoras secundarias para remover el material fino.

Molienda En esta etapa se reduce el tamao de las partculas por una combinacin de mecanismos de quebrado de impacto y abrasin, ya sea en seco o en suspensin en agua.

Se realiza en cilindros rotatorios de acero que contienen una carga suelta de cuerpos de trituracin, el medio de molienda, libre para moverse en el molino y pulverizar las partculas de mena. El medio de molienda pueden ser bolas o barras de acero. Las partculas se reducen a tamaos menores a un mm.Concentracin Despus de que los minerales se separan de la ganga, la mena se somete a un proceso de concentracin para ser separada en dos o ms productos.

FLOTACIN Para este proceso se agregan diferentes sustancias:Agua (diluyente)Aditivos para la flotacinSulfuro de sodio para suprimir cobreSustancias hidrofbicasPara obtener un pH en especfico se puede agregar carbonato de calcio.14 El objetivo de la flotacin consiste en elevar el volumen de las partculas de mineral, con la finalidad de que su densidad disminuya para que flote, haciendo que la ganga se precipite al fondo de la cuba de flotacin. De esta manera es posible separar el mineral de la ganga.Secado El mineral de Pb obtenido por flotacin contiene una gran cantidad de agua. Para el secado, el mineral se enva a unos filtros que llegan a reducir su humedad en hasta un 65%. El mineral puede perder ms humedad en un horno secador, aproximadamente otro 15%, para posteriormente seguir con el proceso.

SINTERIZACIN La produccin primaria de plomo comienza con la sinterizacin. El mineral de plomo (galena) concentrado se introduce en una mquina de sinterizacin. El mineral desmenuzado se coloca en el lecho del horno. Se insufla aire a temperaturas elevadas (unos 800C). Entonces parte del PbS se transforma en PbO y parte se oxida a PbSO4.

Tambin se produce una volatilizacin de As y Sb (impurezas). Se corta la entrada de aire y se eleva la temperatura (puede llegar hasta a 1000C). Entonces reaccionan tanto el PbO como el PbSO4 con el PbS que est en exceso. Se obtiene plomo lquido.

El plomo lquido obtenido contiene impurezas de azufre, arsnico, antimonio, silicio, hierro y cobre. Se insufla aire caliente en el plomo lquido a una temperatura mayor a 800 C para evitar la formacin de PbSO4. El silicio, arsnico y antimonio dan los xidos SiO2, As2O3 y Sb2O3. El hierro y el cobre dan lugar inicialmente a xidos CuO y Fe2O3, que reaccionan con los xidos de silicio, arsnico y antimonio generando silicatos, arsenitos y antimonitos, slidos que tambin flotan en el lquido metlico (esta capa es conocida como speiss).

Una capa de "mata" tambin se forma por los sulfuros de cobre y metal. El conjunto de material flotante se retira como escoria. El speiss y mata suelen venderse a fundiciones de cobre, donde se refinan para el procesamiento de cobre. El mineral se junta y forma un aglomerado slido y poroso. Los sulfatos presentes son descompuestos, acelerando el SO2 que se desprende. Se obtiene Pb al 45 %, esto es lo mximo cuando se completa esta parte del proceso.

El proceso de Parkes se utiliza para separar la plata o el oro del mineral de plomo.

El plomo fundido se refina. Mtodos pirometalrgicos se utilizan generalmente para separar otros componentes sin plomo que an estn en el mineral. Los metales sin plomo se venden generalmente a otras plantas de procesamiento de metales.

PRODUCTOS DEL HORNO DE CUBA DE PLOMO

Bullion o plomo blando: Plomo bastante puro para aplicaciones comerciales. Debe ablandarse y desplatarse antes de que sea utilizado en la industria. Si tiene impurezas de cobre, hierro, antimonio y arsnico, deben refinarse porque pueden tener efectos perjudiciales. Mata: Contiene hasta un 38% de cobre, adems de grandes cantidades de oro y plata, por lo que debe someterse a un nuevo tratamiento. Contiene hasta un 35% de Pb. Speiss: Cualquier cantidad de arsnico que no se elimine en el horno de sinterizacin da lugar a la formacin de speiss dentro del horno. Este compuesto es inmiscible con el cobre, plomo, la mata y la escoria fundidos debido al contenido de azufre.

Purificacin del Plomo Proceso Parkes

La plata puede ser retirada del mineral por el proceso de Parkes. Se tiene un lingote de plomo (el cual se funde) que por lo general an contiene antimonio, arsnico, zinc, oro y plata. El zinc se mezcla en el plomo fundido, donde reacciona rpidamente con la plata (u oro) y forma un compuesto que flota en la parte superior del tanque de procesamiento. Esto se desnata, y la mezcla se coloca en un horno de vaco a baja temperatura, donde se elimina el zinc. El residuo restante de plomo, oro y plata se calienta a una temperatura muy alta de alrededor de 1450 F (787 C) en un ambiente rico en oxgeno. Esto "quema" el plomo, dejando slo la plata y el oro.

FUSIN En esta parte del proceso, el mineral de plomo extrado ya se ha reducido en el horno de cuba. El concentrado de galena llega a la fundicin con una cantidad muy baja de ganga y las impurezas que en un principio lo acompaaban (silicio, hierro, cobre, antimonio y arsnico).

Este mtodo de fusin se basa en la reduccin de xido de plomo por carbono u xido de carbono y en la reduccin entre el sulfuro de plomo y el sulfato o el xido de plomo, para dar lugar, mediante una descomposicin doble, a la formacin de plomo y anhdrido sulfuroso. 262 PbO + C = 2 Pb + CO2PbS + 2 PbO = 3Pb + SO2PbS + PbSO4 = 2Pb + 2 SO2

Dentro de la mquina de fusin, se somete a chorros de aire caliente que queman el azufre, creando as el dixido de azufre.DESPUMACIN Los lingotes de plomo obtenidos durante la fusin, requieren un tratamiento preliminar en calderas antes de ser sometido a las operaciones de afinado. Durante la despumacin, el lingote se agita en una caldera especial y se enfra hasta justo por encima de su punto de congelacin (370 a 425 C). Una espuma, compuesta de xido de plomo, junto con cobre, antimonio y otros elementos, flota hasta situarse en la parte superior y se solidifica por encima del plomo fundido.

La espuma se retira y se lleva a un horno de espuma para recuperar los metales tiles que no son plomo. A fin de mejorar la recuperacin de cobre, el lingote de plomo despumado se trata aadiendo materiales portadores de azufre, zinc, y/o aluminio, con lo que el contenido de cobre se reduce al 0,01 % aproximadamente.

AFINADO PIROMETALURGICO Durante la cuarta etapa, el lingote de plomo se refina por mtodos pirometalrgicos para eliminar cualquier resto de material comercializable que no sea plomo (oro, plata, zinc y xidos metlicos tales como antimonio, arsnico y xido de cobre).

AFINO

Suele llevarse a cabo en un horno de reverbero que quema carbn, con una capacidad aproximada de 300 toneladas de plomo. El plomo se mantiene doce horas a 760 C, mientras se pasa aire o vapor a travs del bao para oxidar el zinc y otras impurezas. El zinc, arsnico y el antimonio, junto una cantidad de plomo, forman xidos, ascienden a la superficie en forma de espuma (cuyo peso es el 5% aproximadamente del mineral cargado), que, posteriormente se separa. Al llegar a este punto, el plomo se encuentra en un estado de pureza suficiente y/o bastante blando para moldearlo. Esto se suele llevar a cabo en un tipo de mquina circular de moldeo. DESTILACIN

Las espumas finales de zinc se tratan en una prensa potente para separar el plomo en exceso, y a continuacin, se llevan al horno de destilacin. La aleacin se carga con una pequea cantidad de carbn vegetal finamente dividido, a una temperatura de 1200 C. A esta temperatura el zinc se destila de seis a ocho horas y se recoge en un condensador (se recupera del 60 al 80% del zinc empleado en el desplatado).

Cuando todo el zinc se ha destilado, el plomo enriquecido (plomo que contiene 20 kg de plata y 500 gramos de oro por tonelada) se moldea en barras para someterlo a la copelacin.

COPELACIN

Este paso implica la separacin del plomo y la retencin de la mayor parte del oro y la plata, y se lleva a cabo en un horno de copelacin. Se permite el paso del aire durante el proceso para que la superficie de la aleacin est cubierta con una capa de litargirio. Las impurezas del tipo de cobre, hierro y zinc tambin se oxidan y entran a formar parte de la escoria de litargirio, que cuando se encuentra en cantidad suficiente, se retira del proceso.

Una parte del plomo y la plata se volatilizan. Despus de varias horas, queda una aleacin que contiene 99.5% de oro y plata, la cual se extrae, se moldea en barras y se separan con cido ntrico o cloro por mtodos electrolticos.

El afinado contina con la adicin de calcio y magnesio. Estos dos materiales se combinan con las impurezas restantes y forman un compuesto insoluble que se extrae de la caldera por despumacin. En la etapa final, pueden aadirse al plomo sosa custica y/o nitratos para eliminar cualquier resto de impurezas metlicas. El plomo afinado tendr una pureza del 99,90 al 99,99 % y puede mezclarse con otros metales para formar aleaciones, o colarse directamente en moldes.