HIDROMETALURGIA DELPLOMOMINEROLOGIA: en la mayor parte de los
depsitos primarios, los sulfuros como la galena Pbs y la esfalerita
[ZnS] son los nicos minerales de plomo y zinc existentes. Estos
estn comnmente asociados y la esfalerita es predominante.En pocos
depsitos, la jamesonita [Pb4FeSb6S14] es un importante
Constituyente de la mena, generalmente en sustitucin de la galena.
Comnmente los sulfuros asociados en los depsitos de plomo-zinc son
la Pirita [FeS2], marcasita [FeS2] y calcopirita [CuFeS2]; y menos
comunes son la arsenopirita [FeAsS], tetrahedrita
[(Cu,Fe,Ag)12Sb4S13], tenantita [(Cu,Fe, Ag)12As4S13], enargita
[Cu3AsS4], bornita [Cu5FeS4] y pirrotita [FeS]; la estibinita
[Sb2S3] es un constituyente ocasional. El cobre es un constituyente
en menor [Sb2S3] es un constituyente ocasional. El cobre es un
constituyente en menor Grado de las menas de plomo-zinc. La plata
puede estar presente como Argentita [Ag2S], plata nativa o en otro
tipo de minerales.
Los minerales ms comunes en la ganga incluyen carbonatos como la
Calcita [CaCO3], dolomita [Ca,Mg(CO3)2], ankerita
[Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2] y Siderita; la rodocrosita [MnCO3] es menos
comn. El cuarzo y el jasperoide [SiO2], la aurita [CaF2] y barita
[BaSO4] son comunes en la ganga. La rodonita [MnSiO3] es menos
comn.
La variedad de la esfalerita [(Zn,Fe)S], conteniendo del 10 al
26%, es Comn en muchos distritos mineros. Un porcentaje bajo de
hierro en el Concentrado de zinc tiene efectos econmicos adversos.
El cadmio es comn En la esfalerita Como impureza en la retcula del
cristal, variando desde Insignificante trazas hasta 1.7% en raras
ocasiones.La mayor parte de la plata es un subproducto de menas de
plomo o de Plomo-zinc. Es raro encontrarlo en menas de zinc. La
plata esta retenida en la Retcula de la galena. La plata tambin est
presente como tetraedrita o tenantita. Otros minerales de plata en
menas primarias de plomo y de plomo - Zinc, son la argentita [Ag2S]
y la Matildita [AgBiS2] que estn como inclusiones en la galena.
Zinc en una planta de Beneficio (Concentrados de Zn, Grupo
Peoles). En la figura 9 y 10 se muestra como se encuentran
asociados los minerales de sulfuros como la Calacopirita (Cp),
Esfalerita (Sp), Galena (Ga) y Pirita (Py), as como otros minerales
asociados como el Galio (Ga), Oro (Au) y Telurio (Te) en una mena
de sulfuros complejos.
Microfotografias de minerales obtenidos durante la flotacin de
Zinc en una planta de Beneficio (Concentrados de Zn )Tabla N 1
composicion promedio de minerales (Pb Zn)
Liberacin de minerales contenido en menas se realiza por
molienda y a continuacin se hace la flotacin para la separacin del
plomo y cobre del zinc.
Tabla 2. Composicin tpica de concentrados por flotacin.
Los mtodos hidrometalurgicos para recuperacin de plomo de sus
concentrados estn frecuentemente divididos en las siguientes
etapas
Pre-tratamiento: la etapa de conversin produce compuestos
adecuados para la disolucin.Disolucin: La disolucin de concentrados
o formacin de compuestos en la etapa de pretratamiento en
solucin.Tratamiento de la solucin: Remover impurezas y precipitacin
de compuestos de plomo. Recuperacin: Etapa de produccin de plomo
metlico.
Sin embargo, en este trabajo, el proceso se lleva a cabo a
partir del paso N 2, pues ya que el concentrado de galena pasa a la
disolucin (lixiviacin) sin Ningn pre-tratamiento. La figura 11 es
un diagrama esquemtico de una planta hidrometalurgia.
HIDROMETALURGIA DEL PLOMO CON CIDO CLORHDRICO Y CLORURO
FERRICO.
los estudios de disolucin de minerales sulfurados en soluciones
inicas frricas. Muchos de los trabajos ah considerados, son
investigaciones realizadas en la antigua URSS, que acentuaron el
desarrollo de estos procesos. Estos autores y otros han reportado
la estequiometra de la reaccin general para la galena en solucin de
cloruro frrico:
PbS + 2 FeCl3 --------------PbCl2 + 2 FeCl2 + S0
Figura 11. Diagrama simplificado de la produccin de metales
desde minerales o concentrados por va hidrometalrgica.
Palmer y Dutrizac reportaron una cintica parablica, para todas
las condiciones de temperatura (28 - 98C) y concentracin de cloruro
Ferrico investigadas, lo que sugiere una difusin externa del
cloruro de plomo producido entre las capas de azufre que se
producen lo que limita la velocidad.
En estos estudios, el azufre producido en la reaccin fue
reportado sin porosidad. Foerstenau [16], sin embargo, observ la
cintica parablica en el modelo de nucleacin decreciente con difusin
por los poros, como el paso de control de la velocidad. Morin y
colaboradores [30] reportaron la disolucin de galena en solucin de
cloruro frrico saturado con cloruro de sodio sigue el modelo de
ncleo decreciente y reacciona arriba de 99C. Kim y colaboradores
mostraron que la reaccin de la galena con cloruro frrico sigue el
modelo de ncleo decreciente y sugirieron que la reaccin en la
superficie del mineral fue la que controlo la velocidad. Los mismos
autores han examinado los efectos del ion cloruro en la cintica de
disolucin, sugiriendo que una pelcula de cloruro de plomo se forma
en la superficie de la galena por una reaccin estequiometria entre
el Cl- y PbS anterior a la formacin del plomo disuelto:PbS + 2 Cl
------------- PbCl2 + S0 + 2 e-
Esta pelcula es disuelta de acuerdo a la reaccin PbCl2 + 2 Cl-
--------- PbCl4-La concentracin del ion cloruro ( que determina la
velocidad de disolucin del ion cloruro ) pudiera ser relacionada
con la velocidad de la reaccin total. Palmer ha sugerido que las
reacciones electroqumicas y la serie catdica de media celda
son:
Que envuelven a varios cloro complejos del in ferrico.
Foerstenau explica que hay un control electroqumico. La reaccin
andica envuelve la oxidacin de la galena a ion plomo y azufre
elemental
PbS ---------- Pb2+ + S0 + 2 e-
Y la reaccin catdica envuelve la reduccin del ion frrico a ion
ferroso de acuerdo a la reaccin 4a; el mecanismo de reaccin en la
galena es un intercambio de electrones. Aparentemente es una
reaccin qumica, pero en realidad es una reaccin electroqumica.
HIDROMETALURGIA DEL PLOMOCON NITRATOS.La lixiviacin con cido
ntrico de concentrados y menas de sulfuro es un mtodo atractivo
para la recuperacin de metales bsicos, debido a que el HNO3 es un
fuerte agente oxidante que puede ser fcilmente reciclado por adicin
de oxigeno directamente en la lixiviacin o usando una oxidacin
externa de oxido nitroso.Varios mtodos basados en el cido ntrico
para el procesamiento de concentrados y minerales sulfurosos para
hierro y metales no ferrosos han sido propuestos y examinados (
Bjorling y Kolta, 1964; Prater y colaboradores, 1973; Habashi,
1973, Bjorling y colaboradores, 1976; Vizsolyi y Peters, 1980;
Brennecke y colaboradores, 1981; Fair y colaboradores, 1986;
Fuerstenau y colaboradores, 1987; Van Weert y Shang, 1993; Dropper
y Shang, 1995; Kholmogorov y colaboradores, 1998; Novoselov y
Makotchenko, 1999; Pashkov y colaboradores, 2002) pero no aparece
operando en plantas comerciales en la actualidad. Una importante
ventaja de la lixiviacin con cido ntrico es la oxidacin del azufre
y sulfuros a sulfatos y azufre elemental, en muchos casos en partes
iguales. Esto tiene como resultado un incremento en el consumo de
cido ntrico por la formacin de sulfatos, incrementando el costo del
tratamiento de la solucin y la regeneracin del cido. Por ejemplo,
un concentrado de plomo-zinc fue casi completamente lixiviado con 2
M de HNO3 a 90C, alrededor del 50% del plomo fue encontrado en el
residuo como PbSO4(S) (Kholmogorov y colaboradores, 1998). La
Hidrometalurgia del plomo es complicada por la baja solubilidad de
las sales del plomo y una importante ventaja de la electrolisis de
nitratos en que el nitrato de plomo es altamente soluble, es
perdido en el caso de la lixiviacin convencional de plomo con cido
ntrico debido a la conversin de PbS(S) a PbSO4(S).
La cintica y el mecanismo de disolucin de sulfuros metlicos en
cido ntrico as como la formacin de azufre elemental y sulfatos es
poco comprendido. Se puede establecer que la produccin de sulfatos
aumenta con el incremento de la concentracin de cido ntrico y el
potencial de electrodo de la pirita y otros minerales, mientras el
azufre elemental es oxidado a sulfato muy rpidamente ( Dropper y
Shang, 1995; Flatt y Woods, 2000), sin embargo, las conclusiones
acerca del efecto de la temperatura sobre el rendimiento de los
sulfatos es contradictorio (Bjorling y Kolta, 1964; Flatt y Woods,
2000). Se encontr que el hierro, cobre y los iones plata aceleran
la disolucin de los sulfuros metlicos en soluciones de cido ntrico
( Mulak, 1987; Fuerstenau y colaboradores, 1987), as como en otros
medios de oxidacin.
El comportamiento del sulfuro de plomo (PbS) en soluciones de
HNO3 ha recibido muy poca atencin. Peters y Vizsolyi (1969)
propusiern que la qumica de lixiviacin de galena con cido ntrico
est dada por:
3PbS + 8HNO3 ---------- 3Pb(NO3)2 + 2NO(g) + 4H2O + S
Con esta ecuacin el plomo puede disolverse usando 1.23 gramos de
concentrado por cada gramo de HNO3 usado, ellos encontraron una
disolucin del 82% de concentrado de plomo de Pine Point (78.2 % de
Pb) en 2 horas y un 91 % en 10 horas con una concentracin inicial
de cido ntrico de 120 g l-1 (1.9 M) y una solucin final con un pH
de 2.4, conteniendo en el licor 120 g l-1de Pb. Si esta lixiviacin
fuese usada para el proceso de obtencin de plomo, se necesitara una
etapa de purificacin ( para remover el hierro y el zinc de la
solucin, pero tambin para remover los nitritos (NO2-) residuales
los cuales pueden interferir en la electrorefinacin). Esta
purificacin puede lograrse adicionando PbO para neutralizar el cido
e hidrolizar el hierro, cobre y zinc; y con PbO2 se reduce la
oxidacin de las formas del nitrgeno. Para la produccin final del
plomo puede usarse la electrorefinacin.
La electrorefinacin del plomo desde soluciones de nitrato no es
tan directa como es la electrorefinacin de cobre o del zinc de
soluciones de sulfatos. Hay dos complicaciones:
1. El plomo no solo se deposita sobre el ctodo como metal,
tambin en el nodo como PbO2.
Pb2+ + H2O ----------------- PbO2 + 4H+ + 2e
2. El cido ntrico reduce al ctodo y puede redisolver los
depsitos de plomo cuando los contenidos de cido exceden los 10 g
l-1 (0.18 M). Tal procesamiento de plomo tiende a producir la mitad
de plomo metlico y la otra mitad de dixido de plomo, el cual puede
ser comercializado.Los residuos de la lixiviacin con cido ntrico
pueden contener azufre elemental, sulfato de plomo, sulfato de
zinc, metales preciosos e impurezas. Si el proceso con cido ntrico
puede ser viable, el tratamiento de los residuos puede llevarse a
cabo. Un diagrama de flujo simplificado para un proceso con cido
ntrico es mostrado en la figura 12.
Figura 12. Diagrama de flujo simplificado para el procesamiento
de plomo basado en la lixiviacin con cido ntrico. Esta lixiviacin
opera a temperatura ambiente y en tanques sin presin.
Fuerstenau y colaboradores (1987) reportaron la cintica de
lixiviacin de galena en soluciones de nitrato ferrico. Ellos
encontraron que la oxidacin de galena produce azufre elemental y la
velocidad es proporcional a la raz cuadrada de concentracin de
Fe3+, la adicin de 1 M de nitrato de sodio desacelera la reaccin.
La energa de activacin fue de 47 kJ mol-1 y los autores asumieron
que la disolucin procedi por un mecanismo electroqumico con los
iones frricos como oxidantes y la velocidad fue controlada por
reaccin en la superficie.
Holmes y Crundwell (1995) estudiarn la voltametria de la
oxidacin electroqumica en electrodo de disco rotatorio de PbS con
0.6 M NaNO3 + 0.5 M H+ y llegarn a la conclusin que la corriente es
controlada por la velocidad de la reaccin electroqumica. Mikhlin y
colaboradores (2002) [29] compararon la voltametria , el electrodo
de disco rotatorio y datos en MEB para la oxidacin de PbS en
soluciones de cido ntrico y perclorhidrico y sugirieron que la
disolucin andica fue afectada por las alteraciones de la composicin
y caractersticas semiconductoras de la reaccin desordenada de la
capa superficial de la galena y la formacin de azufre elemental y
sulfato de plomo.
Pashkov y colaboradores (2002) estudiaron la disolucin de galena
en electrodo de disco rotatorio en soluciones de cido ntrico y
encontraron una aparente energa de activacin de 35 kJ mol-1 en 1 M
HNO3 a o Volts y sugireron que el proceso es controlado por reaccin
qumica o electroqumica.
A.G. Kholmogorov y col. estudiaron la disolucin de concentrado
de sulfuro de plomo usando un sistema basado en nitratos [
PbS-HNO3- Fe(NO3)3]. Como resultado las soluciones compuestas de [
Pb(NO3)2-HNO3- H2O ] obtuvieron. La tecnologa hidrometalrgica para
la sntesis de sales de plomo con cido ntrico y sulfato frrico en
solucin es mostrada en la figura