Pirite de ferro para refinação de chumbo e remoção de cobre


O pirite de ferro já tem inúmeras utilizações
, desde a produção de compostos de enxofre a um aditivo em vários tipos de vidro comercial. No espaço de refinação de metais, a pirite é valorizada para utilização na refinação do chumbo, onde é um componente essencial, e a remoção do cobre desse chumbo fundido e escórias associadas.

Introdução

Como em qualquer produção de metal, é necessário realizar um elemento de refinação para passar do minério minado para um produto útil e viável. O chumbo ocorre naturalmente como o minério de galena, o minério natural de chumbo (ii) sulfureto (PbS), mas muitas vezes contém impurezas.

O chumbo é frequentemente extraído pelo seu conteúdo de outros metais, particularmente prata. Além disso, pequenas quantidades de compostos de cobre podem ser encontradas nestes ores. Tanto do ponto de vista económico como prático, é imperativo remover a prata e qualquer outro metal do chumbo - muitas vezes estes metais são muito mais valiosos do que o chumbo, tem um processo de refinação e remoção a jusante/tardio diferente o mais cedo possível garante um processo global mais eficiente. Os postes de chumbo contêm frequentemente uma pletora de outros metais úteis também.

O minério bruto é alimentado numa máquina de sintering com uma variedade de fluxos, redutores e oxidantes, incluindo coca, ferro e sílica. Portanto, pode dizer-se que o tratamento do minério de chumbo começa com a oxidação do sulfureto a um sulfato, mostrado aqui com oxigénio como oxidante:

2 PbS + 3 O2 → 2 PbSO3

Que sofre de decomposição térmica em óxido de chumbo (ii) óxido e gás de dióxido de enxofre, que é expelido.

PbSO3 → PbO + SO2

A fundição de chumbo é o próximo processo que emprega calor e várias substâncias redutoras para reduzir os compostos oxidantes que se ligam ao metal, e uma maior redução para o metal intermédio, elementar, do óxido de chumbo (ii) que foi gerado in situ ocorre. O fundimento continua com a aplicação de calor num forno de explosão, ainda em condições de redução.

No forno de explosão, escória e chumbo fundido afundam-se até ao fundo e outras impurezas metálicas sobem até ao topo. O cabo fundido (que neste ponto ainda contém uma quantidade moderada de cobre) e a escória são autorizadas a deixar a face frontal inferior do forno, em canais separados. As outras impurezas metálicas incluem frequentemente a antimónio e o arsénio e é referido como um "speiss", que é recuperado e vendido para posterior purificação.


O pirite é um material chave
no processo de refinação de chumbo(1). Para além da produção primária, encontra papéis importantes no tratamento secundário de resíduos fundidos e outros processos de reparação.

shutterstock_1671212602 wide

Pirite no processo de fundição

Como parte do cocktail de fluxos, aditivos redutivos e oxidativos adicionados nos primeiros estados de fundição de chumbo, a pirite é uma inclusão valiosa. Sem um processo eficaz de oxidação, o sulfureto não seria convertido para o sulfato, que não pode ser convertido para óxido de chumbo, o que é amplamente tratado por componentes como a sílica.

O pirite é essencial para o processo, uma vez que atua como reduto na conversão do óxido de chumbo para o metal de chumbo, nas equações(2):

2 FeS2 + 15 PbO → Fe2O3 + 4 SO3 + 15 Pb
FeS2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb

Estas reações são incrivelmente termodinamicamente favoráveis, com os valores de energia livre de Gibbs de -23.804 e -9.548 kcal mol-1 a 1.100 °C respectivamente(3). As espécies de ferro produzidas dissolvem-se tipicamente na escória com o dióxido de enxofre a perder-se para a atmosfera, empurrando efetivamente a posição de equilíbrio mais para a direita. O carbonato de sódio está tipicamente presente para sequestrar o trióxido de enxofre (SO3), estabilizando-o ao sulfato de sódio - que entra na escória - e ao dióxido de carbono que também se perde para a atmosfera(4).

A pirite é industrialmente comprovada, enquanto o enxofre elementar tem um baixo ponto de fusão e ebulição - o que leva a uma baixa eficiência(5). Além disso, o pirite é um material muito mais fácil de manusear e trabalhar em comparação com a adição direta, devido à não toxicidade do primeiro.

metal casting process with red high temperature fire in metal part factory
Pure copper wire, stock market raw materials industry concept

Purificação do chumbo fundido: Drossing cobre

A drossação de cobre é a próxima fase na purificação do chumbo, onde o enxofre é adicionado diretamente ao chumbo fundido. Em muitos processos, a fonte de enxofre é pirite(6,7), com sucata de ferro metálico também a ser adicionada. As espécies de ferro produzidas acabam na camada mate.

Compostos de cobre e outros sulfuretos metálicos não-chumbo rapidamente sobem à superfície formando uma camada chamada mate. Esta camada pode ser removida manualmente e tomada ou vendida como um material de partida viável para fundição de cobre. O processamento adicional do chumbo fundido para remover mais metais envolve arrefecimento para ca. 700 a 800 °C com agitação, formando dross que se separam do chumbo fundido. Dross contém óxidos de chumbo residuais, mais compostos de cobre e quantidades incrivelmente pequenas de antimónio residual. A dross é desnatado e, tal como o mate e o speiss antes dele, é vendido para posterior purificação. Finalmente, o chumbo é purificado usando um método como o processo Betterton-Kroll, que remove qualquer bismuto residual do chumbo, permitindo que seja lançado.

A drossação contínua de enxofre (pirite) assistida por cobre é um processo idêntico, exceto que utiliza dois ou mais vasos que são continuamente mexidos, nos quais são adicionados o chumbo derretido e a pirite e o ferro.

Remoção de chumbo secundário

O processamento secundário de chumbo refere-se ao isolamento do chumbo de fontes de sucata, tais como pilhas, solda-se ou o chumbo piscando das casas. O processo é muito semelhante ao método inicial de produção de chumbo, exceto que não são utilizados agentes oxidantes, uma vez que a oxidação de chumbo já essencialmente elementar é inútil. Como tal, a pirite não tem nenhum papel a desempenhar aqui.

Lead-Ingot-Block-Plate-Billet-Lead-Metal-Plumbum-Ingot

Pirite e ácidos

Demonstrou-se que o minério de chumbo galena pode ser oxidado com pirite e ácido nítrico na fase aquosa - em comparação com o método tradicional acima quando o chumbo é produzido na fase sólida e subsequentemente fundida. Na pesquisa(8), o ponto de vista (PbSO4) é produzido a partir de galena através do aquecimento com pirite e ácido nítrico, causando o sulfureto de chumbo à lixivia. À temperatura, o ácido é capaz de oxidar a pirite e, posteriormente, ajudar na formação de ângulos e uma quantidade moderada de plumbojarosite. Anglesite é um minério secundário, formado exclusivamente como o produto de oxidação da galena.

Esta é uma abordagem interessante, pois sugere que um método de lixiviação utilizando o ácido concentrado pode ser eficaz na produção de chumbo a partir do seu minério, quando esse chumbo está destinado a um sulfato mais elevado, o que anularia a utilização de fornos de explosão dispendiosos e prejudiciais para o ambiente, obtendo diretamente o sulfato. O sulfato de chumbo (ii) tem utilizações na tecnologia da bateria.

Pirite para limpar speiss e resíduos relacionados

Devido à sua tendência para conter quantidades relativamente grandes de prata, o speiss como material é valioso e deve ser tratado. Os investigadores afirmaram que uma tonelada de speiss de chumbo pode conter até 0,901% de prata por massa, além de ser composta por aproximadamente 54% de cobre, 19% arsénio e 9% de antimónio. A sua investigação revelou que, ao assar o speiss com pirite num ambiente oxidante, o óxido antimonia foi facilmente produzido(9) em taxas de conversão superiores a 98% a 800 °C após apenas duas horas. Inicialmente, os autores pensavam que a pirite funcionaria como uma fonte de enxofre, como na drossagem de cobre.

A pirite tem, no entanto, uma utilização na arena de produção de cobre. A investigação demonstrou que os metais podem ser facilmente recuperados de escórias de fundição de cobre através da aplicação de pirite. As escórias também estão presentes na produção de cobre, e aqui a pirite pode ser usada para aumentar os rendimentos e, portanto, tornar um processo mais competitivo. Brevemente, as escórias são assadas na presença de pirite e depois lixiviadas com água. Utilizando uma relação de 1:4 de pirite para escória, foi removido mais de 95% do cobre residual, deixando outras impurezas para trás, após apenas uma hora a 550 °C(10).

fools gold nugget

Conversão de volta ao sulfureto

Tem havido interesse na conversão de óxidos metálicos para os seus sulfuretos equivalentes, que podem ter aplicações no campo de armazenamento de energia. A vulcanização é um processo mais comummente associado à produção de borracha - e refere-se corretamente ao tratamento da borracha natural com enxofre para dureza -, mas os investigadores demonstraram que o óxido de chumbo pode ser vulcanizado (ou seja, tratado com enxofre para conversão no sulfureto) utilizando pirite. Quando aquecidos a 900 °C, o óxido e a pirite convertem-se ao sulfureto em níveis de conversão quase completos, proporcionando PbS em forma de cristal altamente pura(11).

Resumo

  • Fundição de chumbo é o processo pelo qual o minério de chumbo - galena - é convertido em chumbo metálico
  • No forno de explosão, o pirite é uma inclusão essencial, convertendo óxido de chumbo em metal de chumbo fundido num processo altamente termodinamicamente favorável
  • Pyrite é preferido sobre enxofre elementar devido ao mau desempenho deste último e com o primeiro sendo significativamente mais fácil de manusear
  • A pirite é utilizada no processo de drossagem de cobre, como fonte de enxofre, removendo o cobre e outras impurezas metálicas do chumbo pós-smelter
  • Outras aplicações que utilizam pirite incluem purificação de escórias e isolamento secundário de óxidos de ores
  • No geral, a pirite é um componente essencial na refinação do chumbo e do cobre
iron_pyrite

Referências

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

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

3 H. Wang e D. Shooter, O Ambiente Ambiente. A tecnologia., 2000, 21.561

4 E. R. Cole e A. Y. Lee, Hidrometallurgia, 1984, 12, 49

5 C. Zscheische et al., Desafios e Oportunidades de um Processo de Fusão de Chumbo para Mistura Complexa de Alimentação, em: B. Davis et al. (eds), Extração 2018, Ottawa, 2018

6 UsS patent US3694191, 1970

7 B. Xu et al., Remoção de Enxofre do Cobre Dross Gerado por Chumbo refinador, em: J. Y. Hwang et al. (eds) 9º Simpósio Internacional sobre Processamento Metalúrgico de Alta Temperatura, Phoenix, 2018

8 R. G. Zárate e G. T. Lapidus, Hidrometallurgia, 2012, 115, 57

9 M. Peterson e L.G. Twidwell, J. Haz. Mater, o que é que se pode, 1985, 12,225

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

11 Y.-X. Zheng et al., O Physiochem. O Probl. Processo Mineral., 2018, 54, 270