Pirita de hierro para refinación de plomo y eliminación de cobre


La pirita de hierro ya tiene innumerables usos
, desde la producción de compuestos de azufre hasta un aditivo en varios tipos de vidrio comercial. En el espacio de refinación de metales, la pirita es apreciada para su uso en la refinación de plomo, donde es un componente esencial, y la eliminación de cobre de ese plomo fundido y escorias asociadas.

Introducción

Al igual que con cualquier producción de metales, es necesario realizar un elemento de refinación para pasar del mineral extraído a un producto útil y viable. El plomo se produce naturalmente como el mineral de galena, el mineral natural de sulfuro de plomo (ii) (PbS), pero a menudo contiene impurezas.

El plomo a menudo se extrae por su contenido de otros metales, particularmente plata. Además, se pueden encontrar pequeñas cantidades de compuestos de cobre en estos minerales. Desde el punto de vista económico y práctico, es imperativo eliminar la plata y cualquier otro metal del plomo; a menudo, estos metales son mucho más valiosos que el plomo, tienen un proceso de refinación diferente aguas abajo / etapa tardía y la eliminación lo antes posible garantiza un proceso general más eficiente. Los minerales de plomo a menudo contienen una gran cantidad de otros metales útiles también.

El mineral crudo se alimenta a una máquina de sinterización con una variedad de fundentes, reductores y oxidantes, incluyendo coque, hierro y sílice. Por lo tanto, se puede afirmar que el tratamiento del mineral de plomo comienza con la oxidación del sulfuro a un sulfato, que se muestra aquí con oxígeno como oxidante:

2 PbS + 3 O 2 →2 PbSO3

Que sufre descomposición térmica en óxido de plomo (ii) y dióxido de azufre gaseoso, que es expulsado.

PbSO3 → PbO + SO2

La fundición de plomo es el siguiente proceso que emplea calor y varias sustancias reductoras para reducir los compuestos oxidantes que se han unido al metal, y se produce una mayor reducción al metal intermedio, elemental, del óxido de plomo (ii) que se ha generado in situ . La fundición continúa con la aplicación de calor en un alto horno, aún en condiciones reductoras.

En el alto horno, la escoria y el plomo fundido se hunden en el fondo y otras impurezas metálicas suben a la parte superior. El plomo fundido (que en este punto todavía contiene una cantidad moderada de cobre) y la escoria pueden salir de la cara frontal inferior del horno, en canales separados. Las otras impurezas metálicas a menudo incluyen antimonio y arsénico y se conoce como un "speiss", que se recupera y se vende para su posterior purificación.


La pirita es un material clave
en el proceso de refinado de plomo(1). Además de la producción primaria, encuentra papeles importantes en el tratamiento secundario de desechos de fundición y otros procesos de tipo remediación.

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Pirita en el proceso de fundición

Como parte del cóctel de fundentes, aditivos reductores y oxidativos añadidos en los primeros estados de fundición de plomo, la pirita es una inclusión valiosa. Sin un proceso de oxidación efectivo, el sulfuro no se convertiría en sulfato, que luego no se puede convertir en óxido de plomo y esto se encarga en gran medida de componentes como la sílice.

La pirita es esencial para el proceso, ya que actúa como un reductor en la conversión de óxido de plomo a metal de plomo, en las ecuaciones (2):

2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb

Estas reacciones son increíblemente favorables termodinámicamente, con valores de energía libre de Gibbs de -23.804 y -9,548 kcal mol-1 a 1.100 °C respectivamente(3). Las especies de hierro producidas típicamente se disuelven en la escoria con el dióxido de azufre que se pierde en la atmósfera, empujando efectivamente la posición de equilibrio más hacia la derecha. El carbonato de sodio está típicamente presente para secuestrar el trióxido de azufre (SO3), estabilizándolo en sulfato de sodio - que entra en la escoria - y dióxido de carbono que también se pierde en la atmósfera(4).

La pirita está probada industrialmente, mientras que el azufre elemental tiene un bajo punto de fusión y ebullición, lo que conduce a una baja eficiencia(5). Además, la pirita es un material mucho más fácil de manejar y trabajar en comparación con la adición directa, debido a la no toxicidad de la primera.

proceso de fundición de metal con fuego rojo de alta temperatura en la fábrica de piezas de metal
alambre de cobre utilizado en la fabricación de óxido de cobre

Purificación del plomo fundido: escoria de cobre

La escoria de cobre es la siguiente etapa en la purificación del plomo, donde el azufre se agrega directamente al plomo fundido. En muchos procesos, la fuente de azufre es la pirita(6,7), añadiéndole chatarra de hierro metálico. Las especies de hierro producidas terminan en la capa mate.

Los compuestos de cobre y otros sulfuros metálicos no plomo suben rápidamente a la superficie formando una capa llamada mate. Esta capa se puede quitar manualmente y tomar o vender como un material de partida viable para la fundición de cobre. El procesamiento adicional del plomo fundido para eliminar más metales implica enfriar a ca. 700 a 800 °C con agitación, formando escoria que se separa del plomo fundido. La escoria contiene óxidos de plomo residuales, más compuestos de cobre y cantidades increíblemente pequeñas de antimonio residual. La escoria se desnata y, al igual que el mate y el speiss antes, se vende para una mayor purificación. Finalmente, el plomo se purifica utilizando un método como el proceso Betterton-Kroll, que elimina cualquier bismuto residual del plomo, lo que permite que se funda.

La escoria de cobre asistida por azufre continuo (pirita) es un proceso idéntico, excepto que utiliza dos o más ollas que se agitan continuamente, en las que se agregan el plomo fundido, la pirita y el hierro.

Eliminación secundaria de plomo

El procesamiento secundario de plomo se refiere al aislamiento del plomo principalmente de fuentes de chatarra, como baterías, soldadura o el tapajuntas de plomo de las casas. El proceso es muy similar al método inicial de producción de plomo, excepto que no se utilizan agentes oxidantes, ya que la oxidación del plomo ya principalmente elemental no tiene sentido. Como tal, la pirita no tiene ningún papel que desempeñar aquí.

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Pirita Y Ácidos

Se ha demostrado que el mineral de plomo galena puede oxidarse con pirita y ácido nítrico en la fase acuosa, en comparación con el método tradicional anterior cuando el plomo se produce en la fase sólida y posteriormente fundida. En la investigación(8), la anglesita (PbSO4) se produce a partir de galena a través del calentamiento con pirita y ácido nítrico, causando que el sulfuro de plomo se filtre. A temperatura, el ácido es capaz de oxidar la pirita y posteriormente ayudar en la formación de anglesita y una cantidad moderada de plumbojarosita. La anglesita es un mineral secundario, formado exclusivamente como producto de oxidación de la galena.

Este es un enfoque interesante, ya que sugiere que un método de lixiviación que utiliza el ácido concentrado puede ser eficaz en la producción de plomo de su mineral, cuando ese plomo está destinado como un sulfato más alto, lo que anularía el uso de altos hornos costosos y perjudiciales para el medio ambiente al obtener el sulfato directamente. El sulfato de plomo (ii) tiene usos en la tecnología de baterías.

Pirita para limpiar especies y desechos relacionados

Debido a su tendencia a contener cantidades relativamente grandes de plata, el speiss como material es valioso y debe ser tratado. Los investigadores han afirmado que una tonelada de speiss de fundición de plomo puede contener hasta 0.901% de plata en masa, además de estar compuesta de aproximadamente 54% de cobre, 19% de arsénico y 9% de antimonio. Su investigación mostró que al tostar el espeiss con pirita en un ambiente oxidante, el óxido de antimonio se producía fácilmente(9) en tasas de conversión superiores al 98% a 800 °C después de solo dos horas. Inicialmente, los autores habían pensado que la pirita actuaría como una fuente de azufre, como en la escoria de cobre.

La pirita tiene, sin embargo, un uso en el campo de la producción de cobre. La investigación ha demostrado que los metales se pueden recuperar fácilmente de las escorias de fundición de cobre mediante la aplicación de pirita. Las escorias también están presentes en la producción de cobre, y aquí la pirita se puede utilizar para mejorar los rendimientos y, por lo tanto, hacer que un proceso sea más competitivo. Brevemente, las escorias se tuestan en presencia de pirita y luego se lixivian con agua. Utilizando una proporción de 1:4 de pirita a escoria, más del 95% de cobre residual se eliminó de la escoria rica en cobre, dejando atrás otras impurezas, después de sólo una hora a 550 °C(10).

Piritas de hierro pepita tontos oro

Conversión de nuevo al sulfuro

Ha habido interés en la conversión de óxidos metálicos a sus sulfuros equivalentes, que pueden tener aplicaciones en el campo del almacenamiento de energía. La vulcanización es un proceso más comúnmente asociado con la producción de caucho, y se refiere correctamente al tratamiento del caucho natural con azufre para la dureza, pero los investigadores han demostrado que el óxido de plomo puede ser vulcanizado (es decir, tratado con azufre para su conversión en sulfuro) utilizando pirita. Cuando se calientan juntos a 900 °C, el óxido y la pirita se convierten en sulfuro a niveles de conversión casi completos, proporcionando PbS en forma cristalina altamente pura(11).

Consultoría de óxido de manganeso

  • La fundición de plomo es el proceso por el cual el mineral de plomo - galena - se convierte en plomo metálico
  • En el alto horno, la pirita es una inclusión esencial, convirtiendo el óxido de plomo en metal de plomo fundido en un proceso altamente termodinámicamente favorable
  • La pirita es preferible al azufre elemental debido al bajo rendimiento de este último y con el primero siendo significativamente más fácil de manejar.
  • La pirita se utiliza en el proceso de escoria de cobre, como fuente de azufre, eliminando el cobre y otras impurezas metálicas del plomo posterior a la fundición.
  • Otras aplicaciones que utilizan pirita incluyen la purificación de escoria y el aislamiento secundario de óxido de minerales.
  • En general, la pirita es un componente esencial en la refinación de plomo y cobre.
Polvo de piritas en una olla

Referencias

1 J. R. Parga et al., JOM, 2001, 19, 53

2 Z. Zsczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55

3 H. Wang y D. Shooter, Environ. Tecnología., 2000, 21, 561

4 E. R. Cole y A. Y. Lee, Hydrometallurgy, 1984, 12, 49

5 C. Zscheische et al., Challenges and Opportunities of a Lead Smelting Process for Complex Feed Mixture, en: B. Davis et al. (eds), Extraction 2018, Ottawa, 2018

6 Patente estadounidense US3694191, 1970

7 B. Xu et al., Removal of Sulfur from Copper Dross Generated by Refining Lead, en: J. Y. Hwang et al. (eds) 9º Simposio Internacional sobre Procesamiento Metalúrgico de Alta Temperatura, Phoenix, 2018

8 R. G. Zárate y G. T. Lapidus, Hydrometallurgy, 2012, 115, 57

9 M. Peterson y L. G. Twidwell, J. Haz. Mater., 1985, 12, 225

10 F. Tümen y N. T. Bailey, Hydrometallurgy, 1990, 25, 317

11 Y.-X. Zheng et al., Fisioquímica. Probl. Proceso mineral., 2018, 54, 270