Refinacion de Plomo Resumen

REFINACION DE PLOMO AFINO ELECTROLITICO DEL PLOMO La principal mena del plomo es la galena, ( PbS) compuesta básicamente por sulfuro de plomo que contiene 86,4 % de Plomo y la cerusita, PbCO3 , que contiene 77,5 % de Plomo. Al que acompañan otros metales como el cobre, la plata y el oro. DIAGRMA DE FLUJO Aunque desde el punto de vista técnico el proceso electrolítico es muy ventajoso y proporciona un plomo de elevada pureza, ciertos hechos han contribuido a limitar su aplicación. En primer lugar, los métodos pirometalúrgicos que hoy se emplean son más sencillos y baratos susceptibles de producir un plomo de 99.98% de pureza, con algo de bismuto, no afecta para nada a las propiedades del plomo en lo que se refiere a la inmensa mayoría de sus aplicaciones comerciales. SEGUNDO DIAGRAMA DE FLUJO Proceso Betts. Todo el afino electrolítico del plomo se lleva a cabo por el proceso Betts, en el cual se electrolizan ánodos de plomo bullón y placas iniciales de plomo electrolítico en una disolución de fluosilicato de plomo y ácido fluosilícico libre. Se emplea el sistema múltiple, parecido al utilizado en el afino del cobre, usando depósitos de madera o de hormigón. Los depósitos de hormigón se revisten con una mezcla asfáltica capaz de resistir las condiciones del proceso, siempre que la temperatura de la disolución no sobrepase el punto de reblandecimiento de dicha mezcla. CAJA DE CELDA DE ELECTRODEPOSICION DE PLOMO CARACTERÍSTICAS  Caja de celda simple y barata, construcción unificada  Excelente resistencia a la corrosión y resistencia eléctrica  La planta se puede ensamblar de componentes prefabricados ANODOS Los ánodos se moldean a partir de plomo ablandado (bullón) con el objeto de que la cantidad total de antimonio, bismuto, cobre, estaño, arsénico, hierro y azufre sea inferior al 2%. Generalmente tienen unas dimensiones de 75 x 62 x 3,8 cm de espesor y pesan unos 182 kg. Las principales impurezas son el bismuto y antimonio, ya que las demás se eliminan fácilmente por otros métodos más baratos. ANALISIS DE UN ÁNODO PLOMO BULLÓN ELEMENTO

%

ELEMENTO

%

Pb

95,9

Bi

0,86 %

Cu

0,05

Sn

0,003 %

As

0,68

Ag

4161,0 g/TM

Sb

1,91

Au

3,7 g/TM

CÁTODOS. Los cátodos de plomo se funden y se someten a un afino final para eliminar la pequeña cantidad de impurezas que pueden

estar incluidas en el metal depositado; como lodos o como electrolito. El metal fundido se trata con aire comprimido que oxida el Estaño, el arsénico y el antimonio, los cuales junto con el litargirio se recogen en forma de espuma. Por último, el metal refinado se moldea en lingotes o en alguna de las otras formas que se han generalizado en el mercado. ANALISIS DE UN CATODO DE PLOMO REFINADO (%) ELEMENT

%

ELEMENT

%

Pb

99,9972

Ag

0,0001

Cu

0,0003

Si

0,001

Sb

0,0002

As

0,0003

Ti

0.0002

Sn

0,0002

Fe

0,0002

Zn

0,0001

En la electrólisis todas las demás impurezas restantes se acumulan prácticamente en la esponja anódica o lodo de la cuba; la única excepción es el cobre, que forma una costura dura e insoluble sobre la superficie de los ánodos. Los cátodos se fabrican vertiendo plomo electrolítico fundido sobre una mesa de hierro inclinada y recortando el producto obtenido con objeto de que la chapa final sea ligeramente mayor que el ánodo y de 3,2 mm. de espesor. ELECTROLITO. El electrolito se prepara a partir del ácido fluosilícico y fluosilicato de plomo, el primero de los cuales se obtiene calentando una mezcla de espato flúor (CaF2) y ácido sulfúrico en una retorta, para dar lugar al ácido fluorhídrico que se absorbe en agua. La disolución resultante se hace reaccionar con sílice pura; tienen lugar las siguientes reacciones: (CaF2) +H2SO4 ------- CaSO4 + 2 HF 6 HF + SiO2 -------- H2SiF6 + 2 H2O Esta disolución acuosa suele contener 33% de ácido fluosilícico. El fluosilicato de plomo se obtiene haciendo que esta disolución reaccione, como a continuación se indica, con granallas de plomo o carbonato básico de plomo: 3H2SiF6 + Pb(OH)2.2PbCO3 ------------ 3 PbSiF6 + 4 H20 + 2 CO2 H2SiF6 + Pb -------------- PbSiF6 + H2 El electrolito normal contiene 7-10 % de plomo, 3-9 % de ácido fluosilícico libre y 5 – 14% de ácido fluosilícico combinado por regla general se suele emplear algún agente de adición, como la cola, para mejorar las características físicas. del depósito, ya que el plomo no se deposita bien pues tiende a formar un revestimiento suelto y no adherente como ocurre en el afino del cobre, se registra una pérdida de metal base y, por lo tanto es necesario retirar periódicamente ciertas cantidades de electrolito y elevar el contenido de plomo. CONDICIONES OPERATORIAS. Las condiciones operatorias son análogas a las que prevalecen en el proceso múltiple de afino del cobre. La separación entre electrodos es del orden del 3,8 cm., pues si éstos están demasiado cerca unos de otros, lo más seguro es que se registren cortocircuitos y si, por el contrario, la distancia es

mayor, el aumento de la resistencia supone una pérdida de energía La temperatura debe mantenerse entre 35° y 40° C, porque si la solución está demasiada fría el revestimiento de asfalto tiende a desquebrajarse, y si es demasiado caliente a ablandarse Las celdas funcionan con una tensión de 0,3 a 0,6 voltios; el voltaje más bajo se emplean con ánodos nuevos, y el más alto, con los viejos, como consecuencia de la resistencia ofrecida por la energía, por la esponja y la película anódica. La densidad de corriente suele ser del orden de 1,54 a 2 amperios/dm2. Barra de contacto entre celda Características  Gran masa térmica para minimizar la generación de calor por cortocircuito  Superficies de contacto redondeado, para promover contactos de “punto”  Superficie de contacto dual para permitir un diseño simétrico del electrodo  Contacto uniforme para cada electrodo En estas condiciones los ánodos se corroen al cabo de unos diez días, en cuyo periodo de tiempo se retiran dos cosechas de cátodos. La pérdida de chatarra es más elevada que en el afino del cobre, porque sólo se disuelve el 65-75 % del ánodo. Los ánodos viejos se desmontan, cepillan y lavan para quitar los lodos y se vuelven a moldear para obtener ánodos frescos. TRATAMIENTO DE LOS LODOS. Las impurezas insolubles contienen antimonio, cobre, arsénico, bismuto, cadmio, selenio, plata y oro; y mientras la mayor parte quedan adheridas al ánodo como depósito celular y esponjoso, el resto se reúne en el fondo del depósito como lodos. A continuación este material se lava, filtra y seca y se trata de modo análogo al caso de los lodos de cobre. Sin embargo, por regla general, dicho material se funde en un horno en condiciones reductoras, donde el arsénico se volatiliza y se marcha con los gases del horno. La escoria resultante contiene algo de antimonio en la forma de PbO.Sb2O3 y de plata, y puede desplatarse con adición de coque. El metal producido en la primera fusión se oxida con aire para volatilizar el arsénico y el antimonio en forma de sus óxidos y se recoge como humos en el cottrell. Parte del antimonio, plomo, bismuto y óxido de cobre forman sobre la superficie una espuma que se va retirando a medida que se origina. El metal doré contiene plata, oro y metales del grupo del platino, la espuma puede reducirse para dar el metal bruto de Bismuto, tratándola con carbono y refinando después. A continuación presentamos como ejemplo los análisis de lodos de la refinería de la Oroya: Ag: 83915g/Ton Au: 58,3 g/Ton; Bi: 17,2%; Pb: 17,6%. Estos lodos son de gran importancia por el contenido de plata que presentan, por lo que son tratados en una planta especial llamada planta de residuos anódicos. COMPARACIÓN DE LOS PROCESOS PARKES Y BETTS El proceso Betts tiene la ventaja de que permita recuperar un porcentaje muy elevado de plomo refinado exenta de bismuto y, además, brinda la posibilidad de recuperar este metal. En el proceso Parkes el bismuto permanece en el plomo y, además, se registra una perdida inevitable de éste y de los metales

preciosos en las escorias y en los polvos voladores producidos en el mismo. Los inconvenientes del proceso Betts son que el costo de la electrólisis suele ser mayor que el del desplatado con zinc y que anteriormente el contenido de plata era más elevado que en el plomo Parkes (4,5 a 7,5 g/Ton). Pero de todos modos, los perfeccionamientos introducidos en el proceso han tenido por resultado la eliminación de dichos inconvenientes. El empleo principal del plomo Betts es en la fabricación de blanco de plomo, utilizado en la industria de pinturas; mientras que, el plomo destinado a otras aplicaciones industriales, con excepción del obtenido a partir de las menas que encierran grandes cantidades de bismuto, puede afinarse de modo más económico y rápido recurriendo al proceso Parkes. CONSIDERACIONES DE LA REFINERÍA DE PLOMO DE LA OROYA El plomo de obra producido en la fundición de plomo (CENTROMIN PERU), es, transportado a la refinería, en donde es refinado electrolíticamente por el proceso Betts, el cual ha sido ligeramente modificado para permitir la refinación de un material de alto contenido de antimonio, bismuto y plata. El ciclo de corrosión se limita para que la caída de voltaje a través de la capa de lodo no llegue a un nivel tal que permita la disolución de impurezas del lodo y su descomposición en el cátodo. El ciclo de corrosión es de 4 días obteniéndose una cosecha de cátodo por cada ánodo. En la refinería, los anodos son separados en una máquina espaciadora y transferidos a las celdas de refinación por medio de una grúa puente. Las láminas catódicas o láminas iniciales son moldeadas al dejarse correr el plomo líquido sobre una mesa inclinada con chaqueta de agua. Las láminas, luego de ser soldadas las orejas de plomo y suspendidas en barras de cobre, son colocados en caballetes especiales listas para su uso en las celdas de refinación. Luego del periodo requerido de deposición catódica, los cátodos son removidos de las celdas, lavados en celdas con agua para recuperar el electrolito y fundidos en una de las tres ollas de 160TM de capacidad las que son calentadas con petróleo. El plomo fundido es calentado hasta 480 °C y agitado vigorosamente con una batidora mecánica de alta velocidad para espumar el arsénico, antimonio y estaño remanentes. Luego de la remoción de la espuma se agrega una pequeña cantidad de soda cáustica para eliminar el antimonio así como la espuma. El plomo refinado es moldeado en barras de 100 lbs. (45kg) en una máquina moldeadora de línea recta o en bloques de una tonelada corta (860kg) en una plataforma semicircular. Luego del moldeado las barras o bloques son pesados y cargados para su despacho. Los ánodos corroídos son removidos de las celdas al término del cuarto día de corrosión, agrupados en 130/132 unidades y lavados en un sistema de contracorriente con agua y electrolito para recuperar el ácido hidrofluosilícico absorbido en los lodos. Los lodos adheridos a las caras de los ánodos corroídos son removidos usando rociadores de agua a una presión de 600 psi (422100kg/m2). Los ánodos corroídos limpios son mandados a la fundición para su refundido. Los. Iodos son almacenados en un espesador hasta obtener una pulpa con 17% de sólidos, siendo luego centrifugados en tres centrifugadoras Sharples P2000 resultando en un lodo de 30-35% de humedad, el cual es enviado a la planta de residuos anódicos para la recuperación de metales preciosos.

El ácido fluosilícico requerido para el electrolito se obtiene haciendo reaccionar fluoruro de calcio con ácido sulfúrico y obtener HF que posteriormente reacciona con sílice. En los casos que el porcentaje de plomo en el electrolito tiende a subirse utiliza una o dos celdas liberadoras. Estas celdas son cargadas con ánodos de grafito y cátodos de plomo, operando con 2.7 voltios. El plomo catódico se produce en forma .usual y ,algo de oxígeno con dióxido de plomo se deposita en el ánodo. La celda liberadora además remueve ciertas impurezas del electrolito especialmente el talio. PARÁMETROS ELECTROLÍTICOS: 1.- CELDAS: Sistema

Walker; lado a lado.

Número de bloques

10

Celdas por bloque

32, dos filas de 16 en serie.

Dimensión de celdas

0,81 m. x 1,22 m. x 4,57 m.

Revestimiento

Asfalto, asbesto.

Electrodos

40 ánodos, 41 cátodos.

Cambio de bloques

2 1/2 por día.

Lavado de ánodos

3 bloques (24 celdas por cada día de lavado).

Separación de ánodos

10,8 cm. de centro a centro.

Tiempo de deposición

4 días.

Scraps

47,46 %

3.- SISTEMA ELÉCTRICO: Corriente total

8716 A Rectificador de Mercurio de 7200 A Y un motor de 1800 A Total 9000 A y 160 voltios.

Voltaje de celda

0,51 voltios.

DC catódica

14,02 A/pie2

DC anódica

16,04 A/pie2

ƞ

96,41%

KW-hr/Kg. de plomo

0,137

4.- GENERAL:

2.-ELECTROLITO: Temperatura

37,5 °C.

Adición de cola

0,92 lbs/TC. de Pb refinado.

Adición de goulac

0,94 lbs/TC. de Pb refinado.

Ácido sulfúrico

23,45 lbs/TC. de Pb refinado.

Composición:

g/l

H2SiF6

115

H2SiF6 litro

64

Plomo

52

Producción de la planta de ácido fluosilícico

32,4 TM/mes

Eficiencia de conversión de fluoruro

89,02 %

Perdida de ácido

10,15 lbs/Tc de Pb refinado

5.- LODOS Producción mensual promedio: 398 TCS (360TMS) 6.- PRODUCCIÓN DE PLOMO Plomo refinado producido : 14912850 lbs/mes Pureza: 99,9972 % APLICACIONES  El plomo se emplea en grandes cantidades en la fabricación de baterías y en el revestimiento de cables eléctricos.  Se utiliza industrialmente en las redes de tuberías, tanques y aparatos de rayos X. Debido a su elevada densidad y propiedades nucleares.  Como blindaje protector de materiales radiactivos. Entre las numerosas aleaciones de plomo se encuentran las soldaduras, el metal tipográfico y diversos cojinetes metálicos.  Una gran parte del plomo se emplea en forma de compuestos, sobre todo en pinturas y pigmentos. CONTROL DE CALIDAD Nuestro objetivo es obtener un producto que sea aceptado en los mercados internacionales, por lo tanto debemos tener cuidado desde la recepción de la materia prima y en las diferentes etapas de proceso y al final se realiza un muestreo de los cátodos de plomo que nos indica su calidad. SEGURIDAD Y SALUD  Usar mascaras adecuadas según el lugar de trabajo  Con filtro mecánico: se emplea contra el polvo y humos metálicos  Con cartucho químico: se emplea para proteger contra gases y vapores



Usar protección para la cabeza con un casco que tenga una buena resistencia al  impacto y sea mal conductor de la electricidad  Utilizar protectores auriculares: los cuales disminuirá en unos 40 decibeles al ruido  producido en una zona industrial siendo el máximo permitido de 80 decibeles  Los lentes de seguridad protegerán a los ojos contra partículas volátiles o  salpicaduras de sustancias ácidas  Los guantes deben de ser de material de acuerdo al trabajo que se realiza  Guantes de jebe cuando se trata ácidos  Guantes de cuero aluminizados para proteger del calor intenso  Usar ropa adecuada según el lugar de trabajo  En la zona de fusión de metales usar ropa con material de asbesto  Delantales de jebe cuando se trate ácidos  Alejarse de los puntos donde se mueven sustancias químicas, emanaciones de gases  y vapores  Mantener limpia y ordenada la planta, colocar la basura de proceso industrial en  contenedores apropiados  Poner atención a la ubicación de extintores, hidrantes, duchas, lava ojos, detectores  de humo y rutas de escape El plomo ingerido en cualquiera de sus formas es altamente tóxico. Sus efectos suelen sentirse después de haberse acumulado en el organismo durante un periodo de tiempo. Los síntomas de envenenamiento son anemia, debilidad, estreñimiento y parálisis en muñecas y tobillos produciendo deterioro de la memoria, problemas de audición y aumentar la presión sanguínea. En la actualidad, los envenenamientos por plomo se tratan administrando una sal de sodio o calcio del ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). El plomo se elimina del organismo desplazando el calcio o el sodio y formando un complejo estable con EDTA que se evacua por la orina. El uso y la aplicación de las normas de seguridad disminuirán el riesgo de contaminación por plomo, por tal motivo se debe emplear estrictamente los implementos de seguridad