Minerales de plomo
El plomo es un metal poco abundante en la corteza terrestre. Existen algunos yacimientos de plomo, muchos ya agotados, donde el mineral a nivel superficial ha sufrido la acción del medio ambiente. Ahí aparecen minerales oxidados, del tipo anglesita, u otros en los que la acción del medio transformó los sulfuros de plomo en carbonatos.
Los depósitos de plomo son en un 75% mixtos cinc-plomo, en un 20% predominantemente plomo y el resto asociados a minerales de cobre y otros.
Existe una asociación natural de la plata con los minerales de plomo, tanto es así que el 70% de la plata se recupera en el procesado de plomo. El oro también está asociado a los minerales de plomo, aunque en cantidades muy inferiores, obteniéndose también cobre y antimonio como subproductos.
Principales minerales de plomo
Mineral | Fórmula | %Pb
Galena | PbS | 86,6
Jamesonita | Pb4FeSb6S14 | ~40
Boulangerita | Pb5Sb4S11 | ~58
Anglesita | PbSO4 | 68,3
Cerusita | PbCO3 | 77,5
Piromorfita | Pb5(PO4)3Cl | 76
Vanadinita | Pb5(VO4)3Cl | —
Wulfenita | PbMoO4 | 56
Crocoita | PbCrO4 | —
Fosgenita | Pb2(CO3)Cl2 | —
Fusión de las menas de plomo
El plomo se ha obtenido tradicionalmente por vía pirometalúrgica.
Los primeros procesos industriales, la práctica artesanal denominada proceso de forjas (también llamado proceso escocés), consistía en un calentamiento en un ambiente oxidante en el que la galena reaccionaba con el óxido o el sulfato, dando Pb y SO2.
El proceso está abandonado por su toxicidad y por la dependencia manual.
El paso industrial de mayor importancia fue la reducción del sínter en horno de cuba. Dicho sínter está constituido por el mineral (galena) tostado más fundentes.
Proceso de sinterización
El proceso de sinterización consiste en la preparación del mineral para ser tratado en el horno de cuba.
La tostación de concentrado fino de galena elimina el SO2 y deja un óxido poroso.
Desplatado: proceso Parkes
En el proceso de desplatado se pone en contacto el plomo, conteniendo plata y oro, con cinc fundido. El plomo se satura en cinc, con aproximadamente 0,6% de este metal, y se produce un paso de los metales preciosos al cinc en exceso.
Si se enfría, se produce la cristalización de una aleación plata-cinc que flota sobre el baño metálico. Estos cristales se pueden separar y tratar para recuperar los metales preciosos.
Fusión en horno de cuba
En este horno se lleva a cabo el proceso de reducción del sínter con coque a alta temperatura, con el objetivo de obtener plomo metálico.
La carga del horno está formada por sínter, coque, carbón y otros minerales oxidados susceptibles de ser cargados en el horno de cuba: minerales, residuos, etc.
En el horno se pueden distinguir las siguientes zonas:
- Zona superior o de secado (hasta 200-300°C)
- Zona de reducción indirecta (llega hasta 900°C): el material sin fundir reacciona en contracorriente con el gas reductor (mayoritariamente CO). En la parte baja de esta zona se inicia la fusión del plomo.
- Zona de fusión: donde se forma la escoria a partir de los fundentes y de los componentes de la ganga, alcanzándose una temperatura de 1.200°C. En esta zona, los silicatos de plomo formados se reducen con carbón sólido.
El cobre se une al azufre para formar la mata; en ausencia de S se disuelve en el Pb. Lo mismo ocurre con los metales nobles, que se incorporan al bullón o a la mata. El Sb se reduce junto con el Pb y forma una de sus impurezas. El As puede volatilizarse y oxidarse, pero si hay Fe, Cu y Ni puede formar una fase fundida denominada Speiss.
- Zona de reducción directa, en contacto con la anterior, bajo toberas.
- Zona de combustión o de toberas: en ésta se quema el coque a CO2, con gran desprendimiento de calor. Mediante el equilibrio de Boudouard entre el CO2 y el coque se produce CO, reductor principal de los óxidos metálicos.
Productos del horno de cuba
- Plomo impuro (bullón)
- Escoria ferrífera (ferrocálcica) y cinquífera
- Mata, que se forma si hay suficiente azufre en el metal
- Speiss, que se forma si hay exceso de arsénico y metales tales como Fe, Ni, Co
- Polvos, en los que se acumula el cadmio si está presente. Se recuperan en un filtro de mangas
- Gas pobre
Recuperación de cinc en las escorias
La recuperación de cinc de las escorias granuladas se realiza cargándolas en un horno rotatorio con otros productos residuales como los polvos de acería. Se mezclan con carbón de tamaño fino (horno Waelz, sobre 1.000°C).
Se obtiene polvo de óxido de cinc y óxido de plomo, de los que se recupera hasta el 95%.
También pueden tratarse las escorias fundidas en un horno de cuba o eléctrico, en el que se insufla carbón pulverizado o combustible líquido. Los hidrocarburos y el carbón reducen los óxidos de cinc y de plomo de las escorias. Este proceso se conoce como volatilización de escorias (Slag fuming).
Para mejorar la recuperación de plomo retenido en las escorias, se incluye una etapa adicional de tratamiento en horno eléctrico, que permite trabajar a temperaturas más altas.
Fusión directa de menas de sulfuro
Los inconvenientes del método tradicional de sinterización-reducción dieron lugar a los procesos de fusión instantánea, al estilo de los usados en el cobre.
Fusión instantánea: proceso Outokumpu, Kivcet, Kaldo, Boliden.
Fusión a través de una escoria: QSL, Isasmelt.
Proceso Kivcet
Funciona dividido en dos partes por un tabique refrigerado. En la zona del quemador, oxidante-reductora, se carga concentrado, residuos de plomo, fundentes y coque, que funden a 1400°C.
Aquí se produce plomo y escoria cargada de óxido de este metal, oxidándose el azufre a SO2.
Luego pasan a la zona reductora, en la que trabaja como si estuviera en un horno eléctrico a 1.350°C. Se carga carbón sobre la escoria.
Proceso Kaldo de Boliden
Similar a un convertidor de soplado superior, funde concentrados de plomo con lanza de oxígeno, produciéndose plomo metal y una escoria con óxido de plomo.
Afino del metal
El afino del plomo bruto o bullón es un paso necesario, debido a que el metal se obtiene con diversas impurezas como Cu, Fe, Zn, Sn, As, Sb, Bi, además de metales preciosos.
El contenido de estos metales depende de la mena y del proceso. Cu, As, Sb, Bi, y a veces Sn y Ag, pueden alcanzar el 2%, y los otros metales normalmente no superan el 0,5%.
Por lo tanto, el tratamiento por afino permite disminuir el contenido de estos metales hasta niveles aceptables.
El afino del metal se realiza por procedimientos pirometalúrgicos y, rara vez (menos del 10% del Pb total obtenido), por afino electrolítico, casi exclusivo de las menas altas en Bi, ya que el proceso convencional es caro y complejo (proceso Betts).
Procesos pirometalúrgicos: descobrizado, proceso Harris, proceso Parkes (desplatado), descincado del plomo, desbismutado del plomo.
Ablandamiento químico: proceso Harris
Este proceso produce la oxidación del estaño, arsénico y antimonio, al poner en contacto el metal con una mezcla de sales fundidas oxidantes.
Cuando el plomo se pone en contacto con la sal fundida, se forman estanato, arseniato y antimoniato sódicos. Aunque se produce Na2PbO3, éste reacciona inmediatamente con el Sn, As y Sb para dar las sales correspondientes. Esto se debe a que las impurezas tienen más tendencia a oxidarse que el plomo.
Lo mismo ocurre con As o Sb.
El estaño, de forma similar, da lugar a esta reacción.
El plomo: