Proceso pirometalurgico e hidrometalurgico

¿Qué es piro metalurgia?
• Es una rama de la metalurgia extractiva que se
encarga de la obtención y purificación (o
refinación) de los metales a través de la
utilización de calor.

¿En qué consiste?
• La piro metalurgia consiste en extraer, del
mineral, un metal mediante su separación de la
ganga para finalmente purificarlo o refinarlo.
(La ganga es el material que se descarta al extraer la mena
de un yacimiento de mineral)

¿Qué temperaturas maneja?
• Un proceso pirometalúrgico se debe realizar
bajo una temperatura que oscila los 950°C.
• La energía calorífica se obtiene de la reacción
exotérmica de alguna variedad de carbón como
el coque.

Ventajas
• Velocidades de reacción muy rápidas.
• Se pueden procesar grandes cantidades de
mineral.
• Ideal para tratamiento de materias primas
complejas y heterogéneas.
• El proceso es fácilmente controlable si se cuenta
con el equipo indicado.

Desventajas
• Aunque hay una reacción rápida, ésta tiene poca
selectividad. Es decir, resultan materiales
impuros.
• Bajo rendimiento de las reacciones químicas.
• A veces es necesario repetir las etapas, lo que
implica mucho gasto de energía.

• Son procesos altamente contaminantes ya que
emanan mucho CO2 y sulfuros (SO2)
• Tiene un consumo energético elevado, por lo
tanto se limita a minerales de alta ley.
(Un mineral de alta ley es aquel que tiene un grado de pureza elevado
de un metal determinado)

Operaciones de un proceso
pirometalúrgico
1. Secado
2. Calcinación.
3. Tostación.
4. Fusión.
5. Refino.

1. Secado
• Por medio de este proceso se elimina la
humedad del material.
• Se les trata con gases calientes productos de la
combustión de combustibles fósiles.
• La temperatura del proceso es de 105 °C
• Hay diversidad de equipos para este proceso
como el secador de banda.

2. Calcinación
• Es la descomposición térmica de un mineral en
sus óxidos formadores por la acción de calor.
• Su finalidad es eliminar del mineral la materia
estéril de naturaleza gaseosa, facilitando así la
posterior reducción.
• Aquí no hay fusión ni evaporación

Tipos de Calcinación
• Sin modificación química: Su fin es
modificar las condiciones físicas del mineral.
• Con modificación química: Pretende la
descomposición química. También se le
denomina tostación.

Calcinación
Sin modificación
Química
Desecación
Caldeo por
separación de dos
o más cuerpos
Con modificación
Química
Simple
Oxidante
Clorurante
Carburante
Magnetizante
Aglomerante

Sin modificación química
• Desecación: Elimina un compuesto líquido que
impregna el mineral. Normalmente es agua o
disolvente. En otras palabras, extrae la
humedad.
• Caldeo por separación de dos o más
cuerpos: Tratamiento que se le da a una mena
con objeto de que su parte útil quede en estado
sólido e inalterable. Parte de la ganga pasa a
estado líquido o de vapor.

Cabe mencionar que los procesos de calcinación se
llevan a cabo en diversidad de hornos; entre ellos,
los rotatorios y los de lecho fluidizado.

3. Tostación (Calcinación con
descomposición química).
• Pretende una modificación química.
• En este proceso la temperatura provoca
reacciones químicas entre el gas y el sólido.

Tostación
Simple
Oxidante
Clorurante
Carburante
Magnetizante
Aglomerante

• Tostación Simple:
▫ En este proceso solamente intervienen mena y
combustible.
▫ Hay un calentamiento sin fusión de la mena.
▫ El metal queda combinado y en forma sólida
▫ Se usa para menas en forma de carbonatos o
sulfatos.

• Tostación Oxidante:
▫ En este proceso hay calentamiento sin fusión de
una mena en contacto con oxígeno del aire o un
compuesto químico que al descomponerse
proporcione oxígeno.
▫ Se necesita una concentración de oxígeno grande
para que la reacción sea más rápida y haya menor
pérdida.
▫ La temperatura oscila entre 500 y 950°C

• Tostación Clorurante:
▫ Tranforma una mena en un cloruro soluble o
volátil para su posterior tratamiento.
▫ Entre los agentes que se utilizan están:
 Cloruro de sodio (NaCl).
 Cloruro de magnesio (MgCl2)
 Cloruro de Calcio (CaCl2).

• Tostación Carburante:
Es un tratamiento térmico para los aceros que
consiste en modificar su superficie para aumentar
las propiedades mecánicas como la dureza.
• Existen 2 procesos de tostación carburante:
▫ Cementación (se añade carbono)
▫ Carbonitruración (se añado carbono y nitrógeno)

• Tostación Magnetizante:
▫ Su objetivo es transformar óxido de hierro
(Fe2O3) en magnetita (Fe3O4). O sea, de un
material no magnético a magnético por medio de
calentamiento.
▫ Posibilita la separación y concentración magnética
posterior.

• Proceso:
▫ Se realiza en un horno rotatorio a contra-
corriente.
▫ El combustible es quemado en una atmósfera
pobre en oxígeno . Este genera calor y los gases
reductores para la transformación química.

FUSION
• Es un proceso de concentración, en el que una
parte de las impurezas de la carga se reúnen
formando un producto ligero llamado escoria.
• El objetivo de la fusión es lograr un cambio de
estado solido de los concentrados y precipitados
por medio de calor (1200 a 1400°C) a fase
líquida.

• Este proceso permite la formación de dos fases
conocidas como:
• Eje, mata o arrabio: Formada principalmente
por compuesto de Cu2S y FeS.
• Escoria: Es una masa fundida de minerales de
ganga y del fundente agregado. La escoria al
tener un menor peso que la arrabio se deposita
en la parte superior.

• La cantidad de arrabio producido depende del
contenido de azufre que obtenga la carga, ya que
este elemento se une químicamente a los
elementos metálicos como el cobre o el hierro en
el horno.

Hornos Empleados. 1 Horno de Cuba
• Debido a su gran capacidad el horno de cuba da
tratamiento en poco volumen, funcionamiento sencillo, y
es económico.
• Desventajas: Perdidas de CO en los gases y dificultad
para recuperarlas y el difícil control del proceso de
funcionamiento-

Horno de Reverbero
• Las ventajas: Control preciso de la temperatura y de las
reacciones químicas y posibilidad de utilizar escorias con
márgenes de composición muy grandes
• Desventajas: Elevado consumo de combustible, se debe
trabajar a gran escala para que sea rentable, y una lenta
puesta en marcha.

Hornos eléctricos
• Ventajas: Posibilidad de fundir productos muy
refractarios, no es necesario añadir fundentes, no hay
perdidas de metales por velarización pequeña
• Desventajas: Costo de la energía eléctrica, consumo
elevado en electrodos y refractarios

4TA ETAPA: OXIDACION DE MATA O
CONVERSION
• El objeto de la Conversión es que los productos
obtenidos de las fusión tengan una alta pureza
(Conversión de Eje o arrabio).
• Para esto se utilizan hornos convertidores como el
convertidor Bessemer-Thomas para metalurgia ferrosa y
el Pierce-Smith para metalurgia no ferrosa.
• Este es un proceso discontinuo, en el que una misma
carga es tratada y llevada hasta el final, sin recargar el
material.

¿En que consiste la Conversión?
• El arrabio, que es una mezcla de sulfuro de hierro, sulfuro
de cobre y óxidos de hierro, se procesan en dos etapas bien
diferenciadas hasta llegar a un punto donde se eliminan
los metales distintos a los que se requieren por la
oxidación producida al insuflar aire al interior
Primera etapa: Escorificación.
Etapa en la cual se eliminan
por oxidación a la escoria y los
gases generados. Luego de la
formación de la escoria, esta
debe retirarse.
Segunda etapa:
Descarburación: Se insufla
oxigeno soplado para oxidar al
carbono para mejorar la
calidad del arrabio.
Tercera etapa: Re carburación:
Se prolonga el proceso.

6TA ETAPA: AFINO
• El afino es el proceso de descarburización y eliminación
de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de
primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la
obtención del acero.

FORMAS DE AFINO
• Afino al crisol: Se emplea para producir aceros
de calidad superior partiendo de fundición, o
bien acero si se trata de refinarlo con hornos de
crisol. El crisol es de grafito o de acero
inoxidable (20% de níquel y 25% de cromo) y
suele calentarse externamente, mediante carbón,
gas o petróleo; o, más corrientemente, por
inducción.

• Afino al aire: Consiste en lanzar aire
comprimido a través de la fundición en estado
de fusión, con lo cual, oxidándose los cuerpos
extraños que contiene, particularmente el
carbono, aquélla se transforma en acero o
hierro. Para que el afino se haga en buenas
condiciones, es indispensable que la
temperatura del baño sea siempre superior a la
del punto de fusión del metal en los diversos
grados de su transformación, el cual se eleva a
medida que adelanta el proceso.

• Afino al horno eléctrico: Este método tiene la
ventaja de que el metal puede ser tratado sin
intervenir el aire atmosférico, con lo cual se evita
calentar inútilmente gases inertes y lograr
productos puros y de una calidad determinada
previamente. La temperatura alcanzada puede
ser mayor que en cualquiera de los hornos
anteriores

¿Qué es hidrometalurgia?
• La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia
que cubre la extracción y recuperación de
metales usando soluciones líquidas, acuosas y
orgánicas

Proceso:
• En general los metales extraídos por esta técnica
son provenientes de los minerales anteriormente
lixiviados en medios sulfato, cloruro, amoniacal,
etc.
• Operan a temperaturas bajas.
• Las presiones varían de bajas hasta 5000 kPa

Principio de funcionamiento
• El punto fuerte de la hidrometalurgia radica en
la gran variedad de técnicas y combinaciones
que pueden ser usadas para separar metales una
vez que han sido disueltos a la forma de iones en
solución acuosa.

Lixiviación
• Proceso de extraer desde un mineral una especie
de interés por medio de reactivos que la
disuelven o transforman en sales solubles.

Cobre las cruces, Sevilla
Industria

Elementos mas comunes
• Cobre
• Oro
• Zinc

Menas:
• La principal mena del Zn es la blenda o
esfarelita, aunque no es la de mayor contenido
porcentual de Zn, si es la más importante en
cuanto a explotación ya que el 90% de Zn se
extrae de ella
Otras menas son:
• Zincita
• Smithsomita
• Calamina
• Franklinita

Metalurgia del zinc
• Puede realizarse por dos vías:
• Vía pirometalúrgica
• Vía hidrometalúrgica

Representación simplificada de ambas

Tostación para la hidrometalurgia
• En la tostación para la hidrometalurgia o vía
húmeda se pretende:
• Lograr producir la máxima cantidad posible de
oxido de Zn libre.
• Minimizar la producción de ferritas, este ultimo
aspecto es especialmente importante.

La tostación para lixiviación es preciso llevarla a cabo
hasta que:
el azufre como sulfuro sea lo suficientemente bajo.
la cantidad de Zn en forma soluble lo más alta posible
formación de ferrita lo más baja posible

Hidrometalurgia del Zn
• Consta de tres aspectos importantes :
• Lixiviación del mineral tostado y purificación de la
solución de Zn obtenida
• Electrolisis de la solución ya purificada del sulfato de
Zn y colocación de este en cátodos de aluminio
• Fusión de los cátodos

Objetivos de la lixiviación
• disolver la máxima cantidad de Zn de la calcine
• eliminar impurezas que como consecuencia de la lixiviación de la
calcine hayan podido pasar al electrolito y que puedan
posteriormente:
a) impurificar el Zn, al depositarse junto a él comunicándole
propiedades indeseables
b) interferir en el desarrollo de la electrólisis originando un descenso
en el rendimiento de la corriente
• aprovechar metales valiosos presentes en la calcine

Electrolisis del Zn
• La solución lixiviada de sulfato de Zn, se bombea
después de la purificación a tanques de almacenamiento
y de allí pasa a las cubas electrolíticas para la
precipitación del Zn por electrólisis, esta precipitación se
realiza mediante la aplicación de una corriente eléctrica,
a través de ánodos insolubles, produciéndose la
descomposición del electrolito y la deposición del Zn
metálico en los cátodos

Potencial de operación
• El mejor potencial de operación se encuentra
entre 3.25-3.50 voltios dependiendo de:
La temperatura
La densidad de la corriente
La acidez
Distancia entre electrodos
Tiempo de deposición

Proceso Hidrometalúrgico del Zn

Aplicaciones de Zn
Galvanización o galvanoplastia, revestimiento del acero
con capa de Zn.
Preparación de aleaciones de base Zn destinadas a piezas
moldeadas a presión o inyectadas .
Fabricación de latones y bronce
Pinturas anticorrosivas
Industria química y farmacéutica( fabricación de
pomadas, crema de protección solar)
En construcción por su resistencia a la corrosión
atmosférica.
Fabricación de neumáticos, como aditivo al caucho.

Hidrometalurgia del Cobre (Cu)
Procesos de Lixiviación

Definición de Hidrometalurgia
Por hidrometalurgia se entiende los procesos de lixiviación
selectiva de los componentes valiosos de las menas y su
posterior recuperación de la solución por diferentes
métodos.
El nombre hidrometalurgia se refiere al empleo
generalizado de soluciones acuosas como agente de
disolución.

Agentes Lixiviantes
Los agentes lixiviantes se clasifican en:
• Ácido (Acido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico,
etc)
• Bases (hidróxido de amonio y sodio)
• Agentes Complejantes (amoniaco, sales de amonio,
cianuros, carbonatos, etc.).

Minerales del Cobre
• COBRE NATIVO
• SULFURADOS DE COBRE
Calcopirita
Bornita
Calcosina
Covelina
• OXIDADOS DE COBRE
Malaquita
Crisocola
Azurita
Cuprita
Brochantita

Termodinámica en Hidrometalurgia
• DIAGRAMA DE POURBAIX
Estos diagramas son ampliamente utilizados para permitir
visualizar posibilidades de reacciones sin tener que recurrir
al cálculo termodinámico para los fenómenos que ocurren
en medio acuoso.
Este diagrama se lee en los ejes X,Y:
En Y se encuentra el potencial calculado por la ecuación de
Nernst.
En X se encuentra el PH con la función de –Log del H+
concentración de iones.

Cinética de Lixiviación
Aporta dos tipos de información importante para:
• Diseño de equipos y procesos
• Determinación de mecanismos
Los cuales son los factores que determinan la velocidad
de un proceso y como puede ser manejable en la
practica, es un apoyo fundamental por varias causas:
• Los procesos hidrometalúrgicos operan a
temperatura ambiente o superior.
• Las reacciones son de carácter heterogéneo.

Factores que afectan la Cinética
• Temperatura.
• Geometría, tamaño, porosidad del sólido.
• Formación producto sólido o no.
• Tipo de control.
• Naturaleza de reacción química.

Métodos de Lixiviación
En general, los diferentes métodos disponibles para la operación del proceso de
lixiviación están orientados a obtener el máximo beneficio económico con lo
mínimo de costos y complicaciones posibles.
El método escogido para analizar la lixiviación dependerá principalmente de un
balance económico.
Los métodos mas característicos son:
• Lixiviacion de lechos fijos
• Lixiviacion in situ
• Lixiviacion en bateas
• Lixiviacion en botaderos
• Lixiviacion en pilas
• Lixiviacion en pulpas
• Lixiviacion en agitadores
• Lixiviacion en autoclaves

Lixiviación (metalurgia)
En metalurgia extractiva se conoce como lixiviación al proceso de extraer desde un mineral una
especie de interés por medio de reactivos que la disuelven o transforman en sales solubles. En otras
palabras, en la lixiviación se recuperan especies útiles desde una fase líquida, correspondiente a la
sustancia o una sal de esta en disolución acuosa. Los minerales que usualmente son lixiviados son
aquellas menas oxidadas (óxidos, carbonatos, sulfatos, silicatos, etc.).
La lixiviación es una técnica ampliamente utilizada en metalurgia extractiva que convierte los metales
en sales solubles en medios acuosos. En comparación con las operaciones piro metalúrgicas, la
lixiviación es más fácil de realizar y mucho menos dañina, ya que no se produce contaminación
gaseosa. Sus principales inconvenientes son su alta acidez de trabajo y en algunos casos sus efluentes
residuales tóxicos, y también su menor eficiencia causada por las bajas temperaturas de la operación,
que afectan dramáticamente las tasas de reacción química.
El mineral usado para el proceso de lixiviación puede ser o bien oxidado o bien sulfurado. Por ejemplo,
para un mineral oxidado, una reacción de lixiviación ácida simple puede ser ilustrada mediante la
reacción de lixiviación del óxido de zinc:
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
En esta reacción el ZnO sólido se disuelve, formando sulfato de zinc disuelto en agua.

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