Recuperación de pirita y plomo: una descripción general
Además de su miríada de arsenales de usos, La pirita
es una parte eficaz y esencial de la producción y recuperación de plomo. Basándose en los perfiles de porosidad o en la química redox de la pirita, las inclusiones industriales de pirita en cantidades estequiométricas y subestequiométricas de pirita (tratada o sin tratar) proporcionan propiedades integrales de eliminación de plomo de la solución acuosa y son las únicas responsables de empujar el equilibrio hacia la derecha en la fundición de plomo. Además, la pirita encuentra usos en su forma calcinada o ceniza para la eliminación de metales (incluido el plomo) de la solución acuosa, como en los relaves mineros.
Pirita en el proceso de fundición de plomo
No cabe duda de que la fundición, por sencilla que parezca, es un proceso complejo. Muchos componentes se agregan a la fundición junto con el mineral y/o el metal reciclado. A continuación se muestra la ecuación química de la conversión de óxido de plomo (PbO, el mineral primario) en el metal (1). Utilizando calor y una combinación de aditivos reductores y oxidativos, el proceso es eficaz y eficiente. Las vías de reducción y oxidación que se indican a continuación son cruciales y no funcionarían sin pirita. La pirita aquí actúa como reductor.
2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb ΔG = -23.804 kcal mol-1
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb ΔG = -9.548 kcal mol-1
A pesar de las altas temperaturas a las que se llevan a cabo estas reacciones, son termodinámicamente favorables a 1.100 °C(2), como se puede ver en los valores de energía libre de Gibbs (ΔG) citados anteriormente. El empuje del equilibrio está muy presente aquí, ya que las especies de hierro que se producen tienen el efecto de empujar el equilibrio hacia la derecha a medida que se disuelven en la escoria. Este efecto se ve modulado por el dióxido de azufre que se pierde rápida y rápidamente en la atmósfera. No se muestra el carbonato de sodio que se agrega para secuestrar el trióxido de azufre y convertirlo en sulfato de sodio y dióxido de carbono (SO 3 a Na2 SO4 + CO2) que ingresa a la escoria y desaparece a la atmósfera respectivamente(3). En teoría, se podría utilizar azufre elemental, pero es más difícil de manejar que la
pirita
y tiene un punto de fusión y ebullición más bajo, lo que lo hace menos eficiente (4).
Eliminación secundaria de plomo
Debido a la falta de necesidad de química redox para la eliminación secundaria de plomo (es decir, plomo que se ha derivado de fuentes de chatarra en su mayor parte), la pirita no tiene ningún papel que desempeñar aquí a menos que el plomo se funda y se agregue a un proceso de aislamiento de plomo convencional (primario). El plomo, como muchos otros metales, es infinitamente reciclable siempre que se puedan eliminar las impurezas.
Tostado por cloración
El tostado por cloración es un método para extraer metales de alto valor de los relaves. Al tostar materiales de relaves (de la minería de plomo, oro y plata, por ejemplo) y luego someter este material a una atmósfera rica en cloro, los metales de alto valor forman fácilmente sus sales de cloruro in situ, que luego son fácilmente separables y decloradas más tarde. La pirita ha sido propuesta como un material para mejorar la conversión de la fuente de cloruro (cloruro de calcio) en cloro elemental (5), según la siguiente fórmula:
CaCl2 + FeS 2 + O 2 → CaSO4 + Fe 2 O3 + Cl 2
El cloro gaseoso puede reaccionar con cualquier metal presente (como plomo, oro, etc., que se encuentre en baja concentración y ampliamente disperso a través de los relaves) para formar el cloruro de ese metal:
M + Cl 2 → MCl2 (u otros cloruros del metal, donde «M» es un metal)
El cloro eventualmente se produciría por simple descomposición térmica del cloruro de calcio, pero la pirita mejora esto. El uso de pirita también tiene aplicaciones más amplias en la limpieza de varios relaves metálicos, incluido el cianuro (6). En general, la ventaja de poder utilizar pirita fácil de manejar y relativamente barata para mejorar el proceso de cloruro de calcio da sus frutos.
Pirita Y Ácidos
Como se mencionó en otras discusiones en este sitio web, la pirita es ampliamente tolerante a ácidos y bases. Esto significa que se puede utilizar en un espectro aún más amplio de aplicaciones. Un método para la extracción del mineral de plomo galena es oxidarlo con pirita y ácido nítrico concentrado. Este método de "química húmeda" lleva el plomo a la fase acuosa en comparación con el uso de un horno y la fusión del mineral. Por lo tanto, puede tener un menor requerimiento de energía. Al calentar el mineral de galena con pirita y ácido nítrico, el sulfuro de plomo se filtra en la fase acuosa, produciendo finalmente anglesita - PbSO4. Debido a las temperaturas involucradas, la oxidación es fácilmente llevada a cabo por el ácido, formándose también una pequeña cantidad de plumbojarosita(7). Este método puede ser particularmente atractivo si el plomo se requiere eventualmente como un sulfuro / sulfato más alto en lugar de plomo elemental o fundido. Cualquier químico moderno preferiría utilizar una ruta más directa si lo que se requiere es el sulfuro/sulfato, lo que anula por completo la necesidad del alto horno. El sulfato de plomo (ii) tiene usos prometedores en el almacenamiento eléctrico y las baterías.
Pirita tratada: Otras aplicaciones
Si bien muchas de las aplicaciones predominantes de la pirita la utilizan en su forma cruda y sin tratar, hay muchas otras en las que un proceso simple como la calcinación puede abrir más puertas. El punto de fusión de la pirita de 1.177 °C significa que las temperaturas de calcinación deben estar muy por debajo de este. La formación de ceniza de pirita, un proceso de tostado seguido de desulfuración, también tiene una modesta variedad de usos.
Pirita calcinada
Al igual que con otros materiales sometidos a calcinación, la pirita tratada térmicamente se volverá más porosa y policristalina, lo que le confiere propiedades especialmente adecuadas para la recuperación de contaminantes o metales. Se ha demostrado que la pirita calcinada es eficaz para eliminar el mercurio (8) y el cobre (9) de los relaves y el drenaje de las minas. En la agricultura, la pirita en su forma calcinada puede eliminar concentraciones moderadamente altas de iones de amonio, fosfato y nitrito del agua estancada y de escorrentía, evitando su salida a los cursos de agua y protegiendo contra la eutrofización(10).
Volviendo al plomo, y a la recuperación del mismo a partir de una solución acuosa, se nos presenta una historia similar: la pirita calcinada porosa es eficaz para eliminar el plomo. Un estudio analizó cómo la pirita calcinada podría soportarse en columnas de lecho fijo y hacer que se pasaran soluciones acuosas de carácter metálico simple y mixto sobre ellas. Además de ser capaz de eliminar el cobre, la pirita fue capaz de eliminar 73,7 mg g-1 de plomo (mg de plomo por gramo de pirita calcinada) de una sola solución metálica, que representa un aprox. 15% de eficiencia. Cuando esto se aplicó a una solución multimetálica que contenía cadmio y zinc, además de cobre y plomo, la eficiencia para la eliminación de plomo aislado se redujo a 2,5%(11). Los autores describen el mecanismo de operación como el de precipitación y disolución a través de la formación de covelita y galena in situ, como se ha descrito anteriormente.
Ceniza de pirita
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 recuperación de plomo es un proceso industrial esencial, por lo que es crucial garantizar la prevención de pérdidas en los cursos de agua y en el medio ambiente en general
- Como parte de la producción de fundición de plomo, se agrega pirita para garantizar que el óxido de plomo se reduzca a plomo metálico
- La pirita es capaz de mejorar el tostado por cloración, un proceso para eliminar metales y metales preciosos en pequeñas cantidades de los relaves, por ejemplo, de la producción de plomo
- Con los ácidos, la pirita ofrece un enfoque de "química húmeda" para la extracción de plomo, evitando la necesidad de fundición
- En las operaciones de limpieza industrial y tratamiento de residuos mineros, la pirita calcinada puede servir como una "esponja" para eliminar el plomo del agua de escorrentía; La pirita cenicida actúa de manera similar para eliminar el plomo de la solución acuosa
- La ceniza de pirita es una forma de pirita que es eficaz para eliminar metales, incluido el plomo, de la solución, eficaz para una variedad de metales a valores de pH superiores a 6
Referencias
1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 H. Wang y D. Shooter, Environ. Tecnología., 2000, 21, 561
3 E. R. Cole y A. Y. Lee, Hidrometalurgia, 1984, 12, 49
4 C. Zschiesche et al., Desafíos y oportunidades de un proceso de fundición de plomo para mezclas de piensos complejos, en: B. Davis et al. (eds), Extraction 2018, Ottawa, 2018
5 X. Guo et al., Sep. Purificat. Tecnología., 2020 250 , 117168
6 W. Wang et al., J. Cleaner Prod., 2021, 302, 126846
7 R. G. Zárate y G. T. Lapidus, Hidrometalurgia, 2012, 115, 57
8 P. Liu et al., Minerales, 2019, 9, 74
9 T. Chen et al., Minero. Agua Env., 2019 36, 397
10 J. Guo et al., Env. Res., 2021, 194, 110708
11 Y. Yang et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 18180
12 A. Jokilaakso et al., Metales, 2019, 9, 911
13 D. Chen et al., Minero. Proces. Extraer. Metallurg., 2012, 127, 79
14 T. J. Chan et al., Siderurgia y siderurgia, 2013 40, 430
15 D. Bendz et al., Appl. Geoquímica., 2017, 85, 106
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