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CAPÍTULO 2.3 Plomo y Zinc Producción HY Sohn y M. Olivas Martínez Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Utah, Salt Lake City, Utah, EE.UU. NOMENCLATURA la m la actividad de las especies m (sin dimensiones) DG cambio de energía libre de Gibbs estándar (kJ / mol) DH cambio de entalpía estándar (kJ / mol) K constante de equilibrio (sin dimensiones) p yo presión parcial de especies i (Pa) p presión de estado estándar (Pa) T la temperatura absoluta (K) Subíndice especie i i (utilizado para la fase gaseosa) especies m m (utilizado para la fase condensada) SUPERSCRIPT estado estándar 2.3.1. PRODUCCIÓN DE PLOMO Esta sección cubre los principios básicos que intervienen en y las tecnologías actuales para la producción de plomo primario y secundario, principalmente por las altas temperaturas [ 1]. Desarrollo reciente mentos en los procesos de la hidrometalurgia para la producción de plomo [ 2] se describen en Sección 2.3.1.3 Plomo primaria se produce principalmente por la fundición de concentrados de sulfuro de plomo a través de la ruta del horno planta explosión de sinterización. En 2004, esta ruta contribuyó al 70% de la fundición primaria total mundial de capacidad [ 3]. Debido a los altos costos de capital y de operación del alto horno de plomo, junto con las cuestiones ambientales y técnicos, de fundición alternativo han surgido procesos basados en la reducción por fusión directa de concentrados de sulfuros. Procesos directos de fundición de reducción de integrar las etapas de oxidación y reducción en un Tratado sobre el Proceso de Metalurgia, Volumen 3 671

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de una sola unidad, haciendo uso del calor exotérmico de la oxidación de sulfuro. Suplente directa procesos de fundición implican la oxidación de sulfuro por cualquiera de suspensión (flash) de fundición o bañera la fundición, con la consiguiente reducción de una escoria rica en óxido de plomo. La fundición imperial proceso (ISP) produce zinc y plomo simultáneamente con un requisito mínimo de energía Ment por tonelada de plomo fundido producido [ 4]. Este proceso se discute en la Sección 2.3.2.2.

Plomo secundario se obtiene principalmente por el reciclaje de baterías de plomo-ácido de desecho. Al la separación de los metálicos, plásticos y residuos ácidos de baterías, pastas contienen óxidos de plomo y sulfatos se procesan a través de un proceso de fundición que implica la reducción de carbono usando para producir plomo y escoria. El plomo se produce en la naturaleza predominantemente como sulfuro de plomo o galena (PbS), que es su único fuente principal. Galena se produce junto con otros minerales, en particular de zinc. Como un En consecuencia, la producción de plomo está estrechamente relacionada con la de zinc. Minerales de plomo contienen diversos impurezas tales como plata, cobre, oro, antimonio, estaño, arsénico, y bismuto. Debido a su valor económico, la plata es un subproducto importante de la producción de plomo. El procesamiento de concentrados de plomo es responsable de aproximadamente el 70% de la producción mundial de plata amplio [ 5]. Minerales de plomo son triturados, molidos, y se concentran por flotación por espuma. El plomo concentrado se funde ya sea por la ruta de sinterización-reducción o por fundicion- directa procesos de reducción. La producción de plomo exhibe uno de los requisitos de energía más bajos por tonelada de metal [4 ]. El lingote de plomo producido debe someterse refino pirometalúrgico en el que las diversas impurezas metálicas recogen en los lingotes tal como plata, oro, y bismuto se recuperan o se quita [ 6]. 2.3.1.1. Principios de producción de plomo Debido a alta temperatura, los procesos pirometalúrgicos se caracterizan por química rápida reacciones, la mayoría de los pasos en el proceso general tienden a ocurrir cerca de condiciones de equilibrio. Como un En consecuencia, los principios importantes que intervienen en la producción de plomo son pirometalúrgica relacionada con la química física de reacciones gas-sólido y del baño fundido. En esta sección, se discutirá la química física de la extracción de plomo. 2.3.1.1.1 Ellingham Diagrama Figura 2.3.1 , Conocido como un diagrama de Ellingham [7 , 8], muestra la variación de la norma Gibbs energía libre de formación, la DG,Con la temperatura para óxidos seleccionados. Comparar las estabilidades relativas de los diversos óxidos, se prepara para reacciones de oxidación que implican un mol de oxígeno. Para la oxidación de un metal, DG representa la afinidad química del metal de oxígeno. Cuando la magnitud de la DG es negativo, la fase de óxido es estable sobre el gas de metal y el oxígeno. Además, cuanto más negativo sea el valor, más estable el óxido es [ 9]. El diagrama de Ellingham también indica qué elemento reducirá que el metal de óxido. Es de interés señalar que la línea de Ellingham para la formación de monóxido de carbono (CO) tiene una pendiente negativa, mientras que los de todos los otros óxidos tienen pendientes positivas. Como resultado, 672 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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Figura 2.3.1 Diagrama de Ellingham de óxidos seleccionados (por mol de gas O2). Si la temperatura es suficientemente alta, el carbono reducirá incluso los óxidos más estables. En muchos casos, el carbono también se disuelven en el metal y un tratamiento secundario pueden estar sea necesario para eliminar el exceso de carbono, dependiendo de la aplicación final de la metal producido. En lo que se refiere a la producción de plomo, un diagrama de Ellingham para los óxidos ( Figura 2.3.1 ) Ilustra las condiciones que conducen a monóxido de (PbO) se puede reducir por cualquiera de carbono o monóxido de carbono. Estas reacciones son representativos de la reducción etapa tanto en la fundición de los procesos directos de reducción de sinterización-reducción y. Un diagrama de Ellingham para sulfuros seleccionados se muestra en la figura 2.1.1 en la Sección 2.1.1 .Como se puede observar, el oxígeno es el único compuesto que puede eliminar económicamente azufre de sulfato fides. En consecuencia, el primer paso en la extracción de metales a partir de sus sulfuros implica oxidación para formar SO2 y SO3 , Dependiendo de la temperatura de funcionamiento. 2.3.1.1.2 alta temperatura Predominio-Área Diagramas (Fase Estabilidad diagramas) Un diagrama de Ellingham es una de las representaciones gráficas más simples de la thermody- NAMIC datos relevantes para la producción de metales. Para un sistema de reacción de tres componentes, el los datos termodinámicos se presenta comúnmente en la forma de predominio del área de diagramas [ 10, 11 Diagramas] o estabilidad de fase. Estos diagramas facilitan la identificación de una fase estable como una función de la temperatura y las presiones parciales de los gases participantes. Para más información sobre el significado y la preparación de diagramas de predominancia del área se pueden encontrar en la sección 2.1.1 . Hay dos tipos principales de diagramas predominio del área: (a) temperatura constante y (b) la temperatura variable. 673 Plomo y Zinc Producción

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El equilibrio químico relacionado con la extracción de plomo a partir de su sulfuro (galena) es la del sistema (PB-S-O), plomo-azufre-oxígeno que ha sido

ampliamente estudiado por varios investigadores [12-16]. La figura 2.3.2 muestra una predominance- temperatura constante diagrama de área para el sistema de Pb-S-O a 1100 K (827 C). Se observa que el sulfato de plomo y oxysulfates son estables a esta temperatura bajo la mayoría de condiciones de tostado. Una variable diagrama de predominio de la zona de temperatura para el sistema de Pb-S-O se presenta en Figura 2.3.3 para una presión parcial fija de SO2 de 101,3 kPa (1 atm). Como puede verse, Figura diagrama predominio del área 2.3.3 de temperatura variable para el sistema de Pb-S-O a 101,3 kPa (1 atm) SO2 presión. Figura diagrama 2.3.2 Predominio de la zona para el sistema de Pb-S-O a 1100 K (827 C). Preparado usando el software termoquímico HSC [ 17]. 674 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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Figura 2.3.3 diagrama predominio de la zona de temperatura variable para el sistema de Pb-S-O en 101,3 kPa (1 atm) de presión de SO2.

la temperatura debe ser suficientemente alta (> 1.373 K) para evitar la formación de la oxysulfates. La formación de plomo metálico requiere potenciales de oxígeno más bajos que la for- mación de óxido de plomo. 2.3.1.1.3 química y la Fase de Equilibrio relevantes para liderar Producción En la preparación del diagrama de Ellingham (Figura 2.3.1) y de la estabilidad de fase dia- gramos (Figuras 2.3.2 y 2.3.3 ), Los equilibrios químicos considerados fueron entre el gases y sólidos en sus estados estándar. En los procesos de fundición, fases fundidas, es decir, el metal y la escoria, se producen como resultado de la alta temperatura de funcionamiento. La especie parti- pantes en el sistema de reacción presentan cierto grado de solubilidad en ambas fases fundidas, es decir, sus actividades son menores que la unidad. En la producción de plomo, azufre presenta una significativa solubilidad en plomo fundido a temperaturas de funcionamiento típicas. Además, los materiales de flujo se añaden para producir una escoria para la eliminación de impurezas del metal fundido producido. Monóxido de plomo también se disuelve en la escoria fundida. Como se verá más adelante, este termo hecho de dinámica ha impedido el desarrollo de un proceso de un solo paso para la oxidación de sulfuro de plomo a plomo metálico. El equilibrio químico y la fase relevante para la producción de plomo se representa mediante la siguiente reacción [ 4]: la constante de equilibrio de los cuales está dada por

Es evidente a partir de la ecuación (2.3.2) se obtiene que el bajo contenido de azufre en plomo fundido sólo a expensas de alto contenido de plomo en la escoria. La oxidación directa de sulfuro de plomo a por lo tanto plomo metálico ha sido esquivo y poco práctico. Una excepción a este hecho es la fundición de plomo de alta ley se concentra en plomo metálico se produce por el asado reacciones, tal como se explica a continuación. Como resultado, plomo primario se produce en dos etapas: la eliminación del azufre por oxidación y la reducción de óxido de plomo por MON carbono o carbono óxido. Willis [4 ] Presenta una descripción detallada de la química física de las reacciones que ocurre en la extracción de plomo tanto por sinterización-reducción y fundicion- directa procesos de reducción. 2.3.1.1.4 Caminos de Galena a plomo Primaria El plomo metálico puede ser extraído de sulfuro de plomo (PbS) por procesos de oxidación-reducción o por oxidación directa al metal, es decir, la reacción asado. Procesos de oxidación-reducción incluir las dos etapas, sinterización proceso de horno de la planta-explosión y el smelting- directa procesos de reducción. 675

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2.3.1.1.4.1 Sinter Plant-Alto Horno En este camino, sulfuros de plomo se oxidan en el estado sólido para eliminar el azufre mientras que la producción PbO. El producto sinterizado (PbO) se reduce entonces a conducir, por lo general en un alto horno acusado de coque. Flux también se añade para formar una escoria fundida en el que los óxidos de hierro se eliminan. Figura 2.3.4 muestra un diagrama de flujo para este proceso. Este camino fue desarrollado por primera vez en la Edad Media [18 ]. La revolución industrial dio lugar a el desarrollo de nuevas técnicas de sinterización, tales como la continua Dwight-Lloyd sinterización de la máquina y a mejoras significativas en el diseño del alto horno, es decir, los motores de vapor-accionado para suministrar el chorro de aire. Este es actualmente el más utilizado camino para la producción de lingotes de plomo. En 2004, había 25 fundiciones primarias que operan en todo el mundo. De ellos, 16 operaciones se basan en la combinación de sinter horno de la planta-explosión. Los nueve restantes fundiciones utilizan tecnologías de fundición directa, incluyendo tres hornos Kivcet, tres hornos de QSL, un horno Kaldo, y dos Procesos Isasmelt / Ausmelt [3 ]. Los principales problemas con la ruta horno de sinterización-explosión son emisiones de partículas plomo y gases de efecto invernadero, poco uso del calor exotérmico de la oxidación durante

Figura 2.3.4 Un diagrama de flujo típico para la producción primaria de plomo por vía sinter planta-alto horno. Adaptado de [ 3 ]. 676

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sinterización, y el uso de coque metalúrgico, la producción de los cuales contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero, en particular, el dióxido de carbono. 2.3.1.1.4.2 Reducción de fusión directa Esta ruta se lleva a cabo a temperaturas elevadas suficientes (> 1473 K) para fundir la oxidación productos. Ambos pasos de oxidación y reducción se llevan a cabo en una sola unidad. Esto permite el calor de la oxidación de sulfuro a ser utilizada directamente en el proceso. Esta ruta es la base para la mayoría de los modernos procesos de fundición directa como la KIVCET, QSL, Isasmelt / Ausmelt y Outokumpu (ahora Outotec). Figura 2.3.5 muestra un flujo genérico hoja de procesos directos de fundición de reducción. 2.3.1.1.4.3 Reacción Asado Esta ruta se basa en las reacciones de la carne asada (Ecuaciones 2.3.20 lanzar y 02.03.21 ) Y puede ser considerado como uno de los primeros caminos de fundición usados para la producción de plomo. En esta ruta, el plomo sulfuro se oxida parcialmente por el aire para producir plomo metálico, PbO y PbSO4 , Que co- leccione en la parte inferior del horno, formando una capa de escoria fundida en la parte superior de plomo líquido. en el baño fundido, el proceso de desulfuración continúa por las reacciones de la carne asada, es decir, óxido de plomo y sulfato reacciona con el sulfuro de plomo plomo metálico dando restante. Este camino requiere plomo de alto grado se concentra y produce una pequeña cantidad de escoria que contiene un alto nivel de óxido de plomo que se redujo posteriormente por el carbón. En los primeros tiempos, este método se lleva a cabo en hornos de solera y operado manualmente en un modo por lotes. Agricola [19 ] Presenta descripciones detalladas de los métodos de fundición tempranas en general. El proceso Boliden horno eléctrico ejemplifica la tecnología moderna utilizada para esta ruta [ 20]. Un diagrama esquemático de este proceso se muestra en la Sección 2.3.1.2.

Figura 2.3.5 Un diagrama de flujo típico para la producción primaria de plomo por vía directa de fundición-reducción. 677 Plomo y Zinc Producción

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2.3.1.1.5 Las reacciones químicas en fundición de plomo Las principales reacciones químicas que ocurren durante la fundición de plomo se pueden agrupar en oxidación reacciones ción, reducción, de descomposición, y la carne asada. 2.3.1.1.5.1 La oxidación 2.3.1.1.5.2 Reducción 2.3.1.1.5.3 La descomposición

2.3.1.1.5.4 Reacciones Roast

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Reacciones (2.3.3) - (2.3.5) son las principales reacciones de oxidación que tienen lugar en la máquina de sinterización y en la sección de oxidación de los distintos procesos directos de fundición de reducción. Es de interés señalar que la reducción de óxido de plomo con CO (Ecuación 2.3.11) es exotérmica (DH1473K =-95.8 kJ / mol). En el alto horno, el vapor de zinc producido

contribuye a la reducción de PbO (Ecuación la 2.3.16). Reacciones (2.3.20) y (2.3.21) son las llamadas reacciones asadas que producen plomo metálico directamente. 2.3.1.1.6 Escorias utilizados en la producción de plomo Como en otras tecnologías de fundición no ferrosos, escorias se utilizan en la producción de primaria y de plomo secundario para recoger y eliminar elementos menores que oxidan más fácilmente que el plomo fundido. La composición de la escoria es uno de los parámetros clave para ser controlado durante ing la operación de fundición. Permite el ajuste del punto de fusión de la escoria para que se permanece fluido a la temperatura del baño y fácil de tocar fuera. Dependiendo de la relación de masas de CaO a SiO2 ,La escoria puede ser clasificado como ácido o básico. Ácido escorias presentes alta la viscosidad, mientras que las escorias básicas exhiben menor viscosidad a expensas de la creación de un mayor ambiente corrosivo. Como resultado, la selección de la composición de la escoria para un plomo proceso de fundición implica un equilibrio entre la fluidez y la propiedad corrosiva de la escoria. Además discusión sobre las propiedades de las escorias en la producción de metales no ferrosos usados tecnologías se pueden encontrar en la Sección 2.1.1.6. La mayoría de las escorias utilizados en fundición de plomo consisten en el CaO-FeO-SiO 2 sistema. Tabla 2.3.1 muestra composiciones típicas de escorias utilizadas en diversas tecnologías de plomo-fundición. Puede ser verse que la composición de la escoria de los procesos directos de reducción de la fundición se dirige estrechamente la de la escoria de alto horno. Tabla 2.3.1 típicas composiciones de escoria utilizadas en fundición de plomo

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2.3.1.1.7 secundaria Producción principal Plomo secundario se produce principalmente por el reciclaje de baterías de plomo-ácido de residuos y equivale a alrededor del 75% del plomo total producido ($ 4 millones de toneladas) en todo el mundo excluyendo De China [ 22]. Estos materiales reciclados pueden ser procesados por las fundiciones primarias utilizando el plomo alto horno y el proceso de QSL o fundiciones secundarias usando el corto rotativo y hornos de reverbero. Las baterías recicladas se separan por primera vez en los metálicos (Pb), plasma tics,

ácidos de baterías de residuos, y una pasta que contiene sulfato de plomo (PbSO4 ) Y los óxidos (PbO y PbO2 ). En las fundiciones primarias, esta pasta se mezcla con la carga de concentrado de sulfuro. Fundiciones secundarias, cuyo diseño está destinado a procesar las baterías de plomo de desecho, reducir la pasta resultante a plomo metálico por el carbón. Figura 2.3.6 presenta un flujo típico hoja para el procesamiento de plomo secundario. 2.3.1.1.8 Refinación de plomo Plomo fundido es un gran disolvente para los metales debido a su bajo punto de fusión significativamente (606,6 K). Muchos de los elementos menores contenidos en el mineral de plomo tales como plata, cobre por, oro, antimonio, estaño, arsénico, bismuto y se disuelve en el plomo fundido producido. En De hecho, la plata es un importante subproducto de la producción primaria de plomo. Por el contrario, existen elementos menores que son perjudiciales para las propiedades del metal de plomo y, en consecuencia, éstos deben ser removidos. Por ejemplo, el antimonio (Sb) hace que conducir muy duro. Ya está- tanto, el plomo fundido producido por operación de fundición primaria debe ser sometida a una proceso de refinación.

Figura 2.3.6 Una hoja típica flujo de producción de plomo secundario. 680 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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La figura 2.3.7 muestra un diagrama de flujo típico para la refinación de plomo primario. Plomo secundario También puede requerir alguna refinación pero esto es altamente dependiente de la fuente específica de la plomo reciclado.

2.3.1.2. Tecnologías industriales para la producción de plomo Las tecnologías de fundición industriales actuales para la producción de plomo primario se pueden agrupar en dos tipos generales: los procesos de sinterización de reducción y directa 681 Plomo y Zinc Producción

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procesos de fusión-reducción. Cada tipo general puede dividirse en subgrupos como se indica a continuación, en función de más detalles del proceso. Actuales procesos de fundición de plomo La sinterización de reducción Alto horno Horno de fundición imperial (ISF) Reducción por fusión directa Suspensión de fundición: proceso KIVCET y Outokumpu (ahora Outotec) Flash proceso de fundición Bañera de fundición: proceso de QSL y el proceso Isasmelt / Ausmelt Reacción Asado Boliden horno eléctrico (Ya no utilizado) Para la producción de plomo secundario, procesos pirometalúrgicos tales como horno rotatorio, horno de reverbero o horno giratorio corto se utilizan para reducir con carbón las pastas y los metálicos obtenidos del reciclaje de baterías de plomo-ácido. Además, diversos Se han propuesto procesos hidrometalúrgicos para el tratamiento de materiales reciclados. Ejemplos de estos incluyen el US Bureau of Mines, RSR, Engitec, Ginnata, y Procesos Placid. Sin embargo, sólo unos pocos de ellos han sido probados en pequeña comercial escalas [3]. 2.3.1.2.1 Sinter Plant - Alto Horno La ruta del horno de sinterización planta explosión es actualmente la vía más utilizada para la producción de lingotes de plomo. Se representó el 70% de la capacidad total de la fundición primaria en todo el mundo 2004 [ 3]. La revolución industrial llevó al desarrollo de nuevas técnicas de sinterización tal como la máquina de sinterización continua Dwight-Lloyd y a mejoras significativas en el diseño del alto horno, es decir, los motores de vapor-accionado para suministrar el chorro de aire. 2.3.1.2.1.1 proceso de sinterización El objetivo de sinterización es doble: para eliminar el azufre del concentrado y producir un producto sólido poroso con la fuerza suficiente para un buen desempeño en la explosión horno donde óxidos y sulfatos contenidos en el sinterizado se reducen a metal mediante carbono. La descripción que aquí se presenta se aplica a la tostación-sinterización de plomo y zinc sulfuro de concentrados. Una de las primeras técnicas para llevar a cabo la sinterización consistió en la tostación lote de minerales de sulfuro en hornos de solera con la posterior sinterización en Huntington-Heberlein ollas [ 6]. En 1905-1908, Dwight y Lloyd desarrollaron una máquina

de sinterización continua que permitió realizar los pasos para asar y de sinterización en una sola unidad [5]. En este proceso, la carga sólida fue colocada sobre una rejilla compuesta de un circuito de paletas en movimiento. Como la rejilla cargada con sólidos movieron lentamente hacia adelante, cajas de viento de succión colocados por debajo de la rejilla dibujó aire a través de la cama, efectuando así las reacciones de tostado-sinterización. Esta sinterización 682 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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la técnica se conoce como corriente descendente de sinterización [5 ]. Tiempo de residencia típica para una de 400 mm espesor del lecho fue de aproximadamente 30 min y temperaturas de hasta 1.573 K (1300 C) podría ser alcanzado en la zona de oxidación de la cama [ 3]. Sinterización de tiro descendente presenta una serie de inconvenientes. La corriente de gas tiene una baja SO 2 (1-2% vol.) De contenido, lo que impide la producción de ácido sulfúrico, y es a menudo descargada a la atmósfera. El aire de aspiración comprime la cama contra la reja, por tanto, reducir la permeabilidad cama. Plomo fundido formado por las reacciones de la carne asada (Ecuación las 02.03.20 y 02.03.21) se produzcan en la cama provoca la obstrucción y corrosión probabilidad blemas en la estructura de rejilla y cajas de viento [5 ]. Para evitar la producción excesiva de fundido conduce durante la sinterización de corriente descendente, la composición de la carga se controla de manera que se minería imize la extensión de las reacciones de la carne asada en la cama. Esto resulta en un contenido máximo de plomo en el producto sinterizado de aproximadamente 40% de plomo. Estas cuestiones técnicas dirigidas a la desa- rrollo de sinterización corriente ascendente, que es actualmente la técnica de sinterización predominante. La Figura 2.3.8 muestra una representación esquemática de una máquina típica de sinterización corriente ascendente. Se compone de una tolva de encendido, una tolva de alimentación principal, una rejilla, una serie de devanado presurizado cajas y una capucha. La carga sólida se compone de concentrado de sulfuro de plomo; cal, sílice, y los flujos de mineral de hierro; y varios otros materiales tales como finos sinterizados reciclados, se granula escoria de alto horno, los residuos de lixiviación en planta de zinc (PbSO 4 ), Polvos, materiales secundarios, y coque multas. La composición específica de la sinterización se decide basado en la composición objetivo de la escoria de alto horno en el plomo y la composición del coque de alto horno. En Además ción, el contenido de azufre en el sinterizado se controla para minimizar la volatilización de plomo (PbS es altamente volátil) en el plomo y el zinc de alto horno.

Figura 2.3.8 Representación esquemática de una máquina de sinterización corriente ascendente. 683 Plomo y Zinc Producción

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Este proceso se inicia por la ignición de corriente descendente de una capa de 30 mm de carga de alimentación mediante el uso de quemadores de petróleo o gas en un extremo de la máquina. Tras la ignición, la carga principal, con una capa de de 300-400 mm de espesor, se coloca en la superficie de la capa encendida. La rejilla se mueve comúnmente a una velocidad de 1.0-1.5 m / min y tiene una anchura de 3 m para minimizar los efectos finales [ 3]. Un frente de llama se forma entonces mediante soplado de aire de proceso hacia arriba. La temperatura del lecho pico de sinterización es de aproximadamente 1473 K (1200 C) y es la clave parámetro a ser controlado. La capacidad de una máquina de sinterización normalmente se da en términos de azufre quema de capacidad y varía de 1 a 2 toneladas / m 2 / día. La corriente de gas con un promedio de 4-6% SO 2 agota a través de una campana tiene una temperatura peratura que van desde 473 a 773 K (de 200-500 C), y se utiliza para la producción de ácido sulfúrico ción. El producto sinterizado se compone de óxidos, sulfatos, sulfuros, algo de plomo metálico junto con ferritas y silicatos. A sinter típica contiene 40 a 52% de Pb y 1-2% de azufre. El producto sinterizado debe exhibir suficiente permeabilidad y la fuerza para llevar a cabo bien en el altos hornos de plomo. Por lo tanto, un parámetro clave del producto sinterizado es su peratura de ablandamiento gama tura. Para obtener una alta temperatura de ablandamiento, el contenido de plomo combinado se limita a 35%. Esto se hace mediante la adición de finos de coque que reducen algo de óxido de plomo a plomo metálico. El proceso de sinterización presenta diversos inconvenientes que hacen que sea menos competitivo versión nuevos procesos de fundición de reducción directos SUS. Ejemplos de tales inconvenientes incluyen, pero son no limitado a:

• Es difícil de controlar debido a las muchas variables de proceso y compleja composición de el producto de sinterización. De este modo de operación se basa en personal calificado y con experiencia. • Si las existencias, se degrada la sinterización y se desintegra. Por lo tanto, la operación de un sinter planta está acoplada con la operación de un alto horno de plomo. • Máquinas de sinterización son bastante complejos, con un ambiente caluroso y polvoriento. 2.3.1.2.1.2 plomo Alto Horno El alto horno es un reactor de lecho móvil en contracorriente vertical. El plomo metálico es pro- producida por la reducción de óxido de plomo (PbO) contenía en el sinterizado con monóxido de carbono (CO) y el coque a alta temperatura. El plomo también se produce en menor medida por otras reacciones tales como las reacciones de la carne asada (Ecuaciones 3.2.20 y 2.3.21 ). La combustión parcial de metallur- coque quirúrgica con un chorro de aire en la base del eje genera el monóxido de carbono (CO) y el calor requerido por las reacciones de reducción. La Figura 2.3.9 muestra una representación esquemática del alto horno plomo. Se compone de una cuba de reacción rectangular con paredes refrigeradas por agua, que tiene una sección transversal reducida área en la sección inferior del horno. La parte superior del horno es normalmente abierto al atmósfera esfera. Esta característica es deliberada para permitir el acceso para la eliminación de adherencias de la paredes del horno y representa una de las principales desventajas de este proceso. Permite plomo compuestos se escape fácilmente a la atmósfera. La corriente de gas junto con aire arrastrado es aspirado por un proyecto de la capilla central de la parte superior del horno. Debido a la formación de capas de acreción en las paredes, no se requiere revestimiento refractario. La solera del horno es 684 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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un crisol refractario. Aire de proceso se alimenta a través de toberas de cobre instalados encima del horno solera. Las dimensiones típicas de hornos son de ancho en la sección de toberas de 1.5 a 1.8 m, anchura en el eje superior de 2.3 m, y la altura de 5.6 m [3 ]. En la parte superior de la cuba de reacción, la escoria y el coque se alimentan alternativa ya sea formando separado narios capas o como una carga premezclada. La carga sólida lentamente se mueve hacia abajo en el interior el eje de reacción. El gas de proceso que consiste en aire u O 2 aire enriquecida se alimenta a través de la toberas en la parte inferior del reactor (zona 1). Aquí, el coque se quema con el chorro de aire para producir dióxido de carbono. En esta sección, la temperatura puede ser tan alta como 1773 K (1500 C). El CO producido 2 fluye hacia arriba y reacciona con coque para producir mon- carbono óxido de aproximadamente 1.373 K (1100 C). La mezcla de gas reductor a continuación asciende a través de la carga porosa y reduce los diversos óxidos contenidos en el sinterizado a tem- peraturas inferiores a 1.173 K (900 C). La reducción de monóxido de plomo se produce por dos nismo meca-: en el eje superior, que se reduce en CO en el estado sólido, y en el eje inferior, la sinterizado se funde debido a la alta temperatura y

se reduce al fluye a través del coque cama. En la chimenea del horno, la fase fundida se separa en dos capas: una capa de ventaja en el parte inferior y una capa de escoria en la parte superior. El alto horno es un bien establecida, la tecnología eficiente. Debido al estricto ambiente reglamentos mentales, sin embargo, las prácticas operativas actuales ya no son apropiadas. Esta proceso ha evolucionado hasta el punto de que nuevas mejoras son difíciles de lograr.

Figura 2.3.9 Representación esquemática del alto horno plomo. 685 Plomo y Zinc Producción

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Las emisiones de partículas de plomo en forma de gases de efecto invernadero y de óxido de plomo de la abierta parte superior del horno del eje a la atmósfera constituye una importante concentración ambiental preocupación. Para remediar este problema, los sistemas de ventilación y de captura de polvo son caros requerido. Como resultado, se incrementa el costo operativo de la planta. Además, el com- compleja naturaleza de la combinación horno de la planta de chorro de sinterización se traduce en un alto costo de capital. Por lo tanto, se prefieren los procesos de fundición de reducción directa alternativos. 2.3.1.2.2 Procesos de Fundición de reducción directa Actualmente, las tecnologías de fusión directa más importantes para la producción de plomo son los KIVCET, la QSL, y los procesos Isasmelt / Ausmelt. En la fundición directa procesos, concentrados de sulfuro de plomo se oxidan y se redujeron en un solo recipiente. Esta

mejora la eficiencia de la operación de fundición utilizando el calor producido por la oxidación de sulfuro. En esta sección, el KIVCET y procesos QSL se describen. Para una descripción del proceso de Isasmelt / Ausmelt, se remite al lector a Sección 2.1.2.1 en la producción de cobre. 2.3.1.2.2.1 El Proceso KIVCET El proceso KIVCET para fundir concentrados de plomo fue desarrollado originalmente en 1967 por el de toda la Unión Científica de Investigación-Instituto de Metalurgia de metales no ferrosos (VNIITSVETMET) en Kazajstán de la antigua Unión Soviética [24 ]. En 2004, este proceso contribuido al 10% de la capacidad total de la fundición primaria (3.540.000 toneladas anuales) en todo el mundo [ 3]. Al igual que otros procedimientos de fusión directa, el proceso KIVCET elimina azufre en una etapa inicial de oxidación en la que el sulfuro de plomo se oxida para producir una escoria de alto plomo. Dirigir se produce entonces en una segunda etapa de reducción. El plomo también se produce hasta cierto punto durante la etapa de oxidación. Figura 2.3.10 muestra un diagrama esquemático del proceso de KIVCET. Consiste en un eje de fusión rápida, un horno eléctrico, una pared divisoria que separa la cuba de reacción y el horno eléctrico, un eje de gas fuera de la toma, y una caldera de calor residual. Inicialmente, el la sección de fundición consistía en una cámara de ciclón que se montó en la parte superior de la eléctrica horno [3 ]. Debido al movimiento ciclónico de la corriente cargada de partículas, una película descendente de producto fundido y escoria formada en la pared de la cuba de reacción. Esto causó la rápida deterioro de la pared refractaria debido a la naturaleza corrosiva de litargirio (PbO). Como un En consecuencia, el uso de la cámara de ciclón se interrumpió y el quemador de fusión rápida fue adoptado. En este proceso, las partículas de concentrado de plomo se mezclan con los flujos y el carbón y rociado directamente en una cuba de reacción usando un quemador de flash de tipo ciclón. La alimentación puede También estará compuesto por residuos de las operaciones que contienen óxidos de plomo lixiviación y sulfatos mezclados con concentrados de sulfuro. El gas de proceso consiste típicamente industrial oxígeno (95% O 2

). Tras la fundición, partículas fundidas que contienen óxido de plomo y en su mayoría plomo y partículas metálicas de carbono caen a la parte inferior del eje [ 21]. Allí el fundido 686 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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fase se separa en dos capas: una capa de plomo en la parte inferior y una capa de escoria con un alto contenido de plomo contenido en la parte superior. En la superficie de la capa de escoria, hay una tercera capa (de 100-150 mm de espesor) de la quema de coque o "corrector de coque" a 1.473 K (1.200 C) en el que el gaseosa reducción de óxido de plomo por el monóxido de carbono se lleva a cabo para producir plomo metálico. La corriente de gas fluye bajo una pared divisoria y entra en el eje off-take vertical. La concentración de SO 2 en el gas de escape varía en función del contenido de azufre en la alimentación. La fundición de concentrados de sulfuros produce un gas de escape con aproximadamente 45% SO 2 . Una pared de partición sumergida refrigerado por agua separa el eje de reacción y la eléctrica horno. Plomo y escorias flujos metálicos más allá de la pared de separación en el horno eléctrico. los La función principal del horno eléctrico es para proporcionar calor para el mantenimiento de la escoria peratura tura. Dado que la escoria se recircula a la parte inferior de la cuba de reacción, el calor proporcionado por el horno eléctrico también ayuda a mantener la temperatura de la capa de coque. La eléctrica horno también proporciona tiempo de residencia suficiente para la separación completa del metal y capas de escoria [25 ].El contenido de plomo final en la escoria es 2.3 wt.%. Plomo fundido y la escoria se explotado fuera a través de los agujeros del grifo y un desbordamiento de vertedero, respectivamente. La oxidación de las partículas de sulfuro (Ecuaciones 2.3.3-2.3.5 ) Produce una llama con una temperatura que va desde 1623 hasta 1.693 K (1.350 a 1420 C). A estas temperaturas, sulfato destinos están descompuestos (Ecuaciones 2.3.18 y 3.2.19 ), Y el carbono se quema parcialmente (Ecuaciones 2.3.9 y 2.3.10). El producto principal de la cuba de reacción es PbO.

Gas Off Electrodos Destello quemador Reacción eje Coca capa Escoria Dirigir Eléctrico horno Gases + Humos Concentrado + Flujos + Coke Aire enriquecido con oxígeno Partición pared Los orificios de emisión Escoria vertedero desbordamiento Figura 2.3.10 Representación esquemática del proceso KIVCET. Adaptado de [ 25]. 687 Plomo y Zinc Producción

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En el inspector de coque, se producen las siguientes reacciones. PbOþCO¼Pb lðÞþCO 2 D2: 3: 11 CþCO 2 ¼2CO D2: 3: 10 La reducción de PbO con CO (Ecuación 2.3.11) es exotérmica (DH 1473K ¼À95.8 kJ / mol) a la temperatura de funcionamiento. Sin embargo, la producción de monóxido de carbono (Ecuación 2.3.10) es endotérmica (DH 1473K ¼165.4 kJ / mol) y así energía suplementaria debe añadirse al sistema para mantener el corrector de coque en su temperatura de funcionamiento. Esto se hace por el horno eléctrico. Al ser un proceso de fusión de suspensión, las acciones de proceso KIVCET muchas de las ven-

tajas de otros procesos de suspensión tales como flash de cobre de fundición. Para una descripción completa ción de las ventajas de las tecnologías de fusión rápida, por favor, consulte la Sección 2.1.2.1 en Tecnologías Industriales de la producción de cobre. Otros atributos específicos del KIVCET proceso son los siguientes: • Se puede fundir concentrados, así como materiales secundarios tales como residuos de lixiviación, es decir, plomo sulfato, de la producción de zinc. • Se produce una corriente de bajo volumen de gases residuales con alta concentración de SO 2 , cual es adecuada para la producción de ácido sulfúrico. • Se produce bajas emisiones. 2.3.1.2.2.2 El Proceso de QSL El proceso de QSL, fue concebido por Queneau y Schuhmann en 1973 [ 26] y el desa- llado por Lurgi Chemi en 1974 [ 27]. En 2004, el proceso de QSL contribuyó al 8% de la capacidad de fundición primaria total (3.540.000 toneladas anuales) en todo el mundo [ 3]. El objetivo de la pro- proceso es realizar autógena fundición reacción de tostación de sulfuro de plomo y carbotérmica reducción de la escoria subproducto óxido de plomo en un solo recipiente de reacción [28 ]. En la QSL pro- proceso, la fundición de sulfuro de plomo se lleva a cabo dentro de un baño de escoria-metal fundido. Otra ejemplo del proceso de fundición de baño es el Proceso de Isasmelt / Ausmelt, que se describe en la Sección 2.1.2.1 en la producción de cobre. Figura 2.3.11 muestra un diagrama esquemático del proceso de QSL. Consiste en una delgada, recipiente cilíndrico horizontal que está dividida por una pared de partición en la oxidación y reducción regiones ción. En la región de la oxidación, el material de carga que consta de concentrado de plomo partículas, residuos, fundentes, y el carbón se alimentan sin secar en el baño fundido. El PRO- gas proceso consiste típicamente en oxígeno industrial y se inyecta en la base del horno a través de los inyectores Savard-Lee, que están protegidos por el nitrógeno sudario de la correspondiente hipercorrosivos efectos de PbO. En contraste con las regiones de oxidación de la KIVCET, Isasmelt / Ausmelt, y Outokumpu procesos en los que se produce la oxidación de sulfuro completa, sulfuro de plomo está parcialmente oxidada en la región de la oxidación QSL la producción de óxido de plomo, dióxido de azufre,

y plomo metálico directamente [25, 28]. El óxido de plomo se produce por la oxidación de sulfuro de plomo 688 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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PbSþ 3 2 O 2 ¼PbOþSO 2 D2: 3: 3o o mediante la oxidación directa de plomo [3 ] En el baño fundido Pb lðÞþ 1 2 O 2 ¼PbO D2: 3: 22 El plomo metálico se produce también en la zona de oxidación por la reacción de los restantes conducir sulfuro con óxido de plomo y sulfato de la siguiente manera: PbSþ2PbO¼3Pb lðÞþSO 2 D2: 3: 20 PbSþPbSO 4 ¼2Pbþ2SO 2 D2: 3: 21 Debido al potencial de oxígeno de alta en la región de la oxidación, el contenido de azufre en el plomo fundido es baja. La escoria producida contiene aproximadamente 40% de plomo y se reduce en la región de reducción del horno. En la región de reducción, carbón pulverizado y el oxígeno son inyectados a través de la parte inferior del horno usando los inyectores Savard-Lee. La combustión parcial de carbón crea una atmósfera reductora que convierte la PbO en la escoria al plomo metálico, según Reacción (02/03/11) .La escoria resultante termina con un contenido de plomo de menos del 5% [3]. La corriente de gas tiene una composición aproximada de 12-20% SO 2 , 15% de CO 2

, 15% la humedad del concentrado, 12-20% O 2 , Siendo el nitrógeno el equilibrio. Concentrado + Secundario Materiales + Flujos + Carbón Radiación canal Residuos calor caldera Oxígeno + gas envolvente Carbón pulverizado + Carrier aire + Oxígeno gas + El recubrimiento Aire enriquecido con oxígeno Partición pared Dirigir lingotes Escoria 14,4 m 41,1 m 4,5 m 4 m Región Reducción Región de Oxidación Figura 2.3.11 Representación esquemática del proceso de QSL. Las dimensiones que se muestran corresponden a aquellos en la fundición Korea Zinc [27]. 689 Plomo y Zinc Producción

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El proceso de QSL presenta los siguientes atributos: no se requiere el secado del alimento sólido, bajas emisiones, cerrado y operación continua, y el tratamiento de materiales sólidos con amplia gama de composición. Tecnologías 2.3.1.2.2.3 Otros directa Fundición-reducción El proceso Kaldo se utiliza comúnmente para el tratamiento de fuentes de plomo secundarias tales como los residuos de sulfato obtenidos a partir de las baterías de plomo-ácido de residuos. Consiste en una concentración rotatoria recipiente convertidor que funciona en un modo por lotes. Este proceso se realiza en dos secuencial

etapas: la oxidación y reducción. Durante la oxidación, el gas de proceso (oxígeno u O 2 enriquecida aire) y carga sólida se suministran a través de una lanza. El coque se usa durante la reducción escenario. Más información sobre los detalles de este proceso puede ser en la literatura [3 ]. El proceso de Outokumpu para concentrados de plomo se ha desarrollado hasta escala piloto [ 5 ]. Este proceso se basa en el concepto de fundición de flash bien establecido para el cobre y el sulfuros de níquel y produce escoria de alto de plomo y plomo fundido. El tratamiento de alta calidad concentrados de plomo produce una cantidad significativa de plomo metálico en el sedimentador. En este caso, plomo fundido y la escoria están intervenidos de forma separada, lo que resulta en la producción directa de plomo. en el fundición de materiales de baja calidad, el producto se compone principalmente de una escoria de alto plomo y sólo una pequeña cantidad de plomo metálico. En este caso, las fases fundidas se transfieren junto a una horno eléctrico separado en el que el PbO en la escoria se reduce en carbono. Más información mación sobre los detalles técnicos y las ventajas del proceso de fusión rápida se puede encontrar en la Sección 2.3.1.2 en la producción de cobre. 2.3.1.2.3 Proceso de Reacción asado (el Proceso de Boliden horno eléctrico) Entre las modernas tecnologías de plomo-fundición, el proceso Boliden Horno Eléctrico puede ser considerado como la única operación industrial basado en la reacción para producir asado plomo de galena en una fase líquida [ 3, 5]. Para el mejor conocimiento de los autores, esta proceso sólo se aplica industrialmente en la fundición Rönnskär en Suecia para fundir locales concentrados de alta calidad y se suspendió tras el agotamiento de estos concentrados. los proceso consistió esencialmente en un horno eléctrico con cuatro electrodos Söderberg ( Figura 2.3.12). En este proceso, las partículas de concentrado de plomo de alto grado mezclan con los flujos y una pequeña cantidad de carbón se rociaron directamente en el horno eléctrico utilizando quemadores de flash. Aire enriquecido en oxígeno se suministra debajo de las condiciones estequiométricas. Parti- sulfuro de plomo culos se oxidaron tanto parcialmente (Ecuación 2.3.3) en vuelo. Esto resultó en una llama con una temperatura de $ 1423 K (1150

C). Tras la fusión, las partículas de sulfuro de plomo sin reaccionar y partículas fundidas que consisten principalmente de óxido de plomo y plomo metálico, así como materiales fundentes cayó a la chimenea del horno. Hay dos capas líquidas formadas: una capa de plomo en el fondo y una capa de escoria en la parte superior. En este baño fundido, la eliminación de azufre continuó por el asado reacciones (Ecuaciones 2.3.20 y 2.3.21 ) Entre el sulfuro de plomo sin reaccionar y el óxido y productos de sulfato. Debido a la equilibrio químico (Ecuación 2.3.1 ) En el fundido 690 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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baño, nunca se completó el proceso de desulfuración, y la punta de producto que contiene 3-4% de azufre se sometió a un proceso de conversión subsiguiente con aire usando Peirce- Convertidores Smith. La escoria resultante contenía 4-5% de plomo y se recicló a la eléctrica horno. La corriente de gas con 8% $ SO 2 se cargó con cantidades significativas de vapores y polvos que tenían que ser recogidos y reciclados al proceso. 2.3.1.2.4 secundarios tecnologías de producción Plomo secundario se produce principalmente por el reciclaje de baterías de plomo-ácido de desecho. los tecnologías de procesamiento incluyen alto horno, horno de reverbero, horno rotatorio, corto horno giratorio, procesos Isasmelt / Ausmelt y horno eléctrico. Rutas hidrometalúrgicos para la producción de plomo secundario se han propuesto como una respuesta a la mayor jamás la las regulaciones ambientales. Sin embargo, estos procesos no han sido ampliamente aceptada [ 3]. En este apartado, se analizarán las tecnologías de alta temperatura. Para una descripción del proceso Isasmelt / Ausmelt, el lector interesado puede consultar la Sección 2.1.2.1 en Producción de cobre. 2.3.1.2.4.1 reverbero Hornos El horno de reverbero produce plomo fundido y una escoria de alto liderazgo que debe ser sub- cuencia reducida en un proceso secundario tal como un horno eléctrico o un horno alto. El horno de reverbero consiste en una chimenea rectangular con paredes refractarias forrado, un techo arqueado, un quemador, y varios puertos de alimento sólido y el gas de escape. El sólido

carga compuesta de pastas de la batería y los metálicos se funde por un gas natural o una llama de aceite. En el pasado, la resultante corriente de gas que contiene SO 2 se agotó a la atmósfera. En operaciones modernas, SO 2 se elimina el uso de un sistema de lavado que contiene cal o amoníaco. Electrodos Escoria Dirigir SO 2 gas a la caldera Agujero para grifo Concentrado + Flujos + Coke Destello quemadores Aire enriquecido con oxígeno Figura 2.3.12 Representación esquemática del proceso de Boliden horno eléctrico. 691 Plomo y Zinc Producción

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2.3.1.2.4.2 Secundaria Alto Horno En la producción de plomo secundario, el propósito del alto horno es doble: fundición de los residuos de pilas enteras y la reducción de las escorias de reverbero. Debido a su requisito de alta permeabilidad a los gases, el alto horno secundaria no puede tratar a multas de proceso y pastas de la batería. El tamaño del horno es menor que la del alto horno para la producción de plomo primario, y la sección transversal del eje es comúnmente circular. El diámetro del eje en el plano de la tobera es 0,7 a 1,5 m, y la altura de trabajo es 2,5 a 3,8 m. 2.3.1.2.4.3 horno rotatorio Los rotarykilnis utilizan para procesar thelead-containingcomponents resultantes fromthebreak- ción y separación de los residuos de pilas. Los principales componentes de un horno giratorio son una inclinados , cuba de reacción refractaria forrado cilíndrica equipado para girar sobre rodillos y un quemador. Calor de proceso se genera por la combustión de coque fino o de carbón contenida en la acusación y por

el calor exotérmico de la reducción PbO por CO. Este proceso produce plomo fundido y una escoria con 3.5% Pb. Un inconveniente de esta tecnología es la corta vida de los revestimientos refractarios. 2.3.1.2.4.4 Corto Rotary Horno Este es el horno más ampliamente utilizado en la industria del plomo de fundición secundaria. Porque su operación por lotes, que ofrece una gran versatilidad para permitir separado de fusión del metal, la reducción de las pastas, y la eliminación de escorias cabo elementos menores como el arsénico y el antimonio. El peláje- NACE consiste en un tambor horizontal sentado en rodillos de muñón. La corriente de gas es quemado en un quemador posterior antes de ser liberado a la atmósfera. 2.3.1.2.4.5 Horno de Arco Eléctrico El horno de arco eléctrico (EAF) se utiliza para reducir las escorias (35-50% Pb) producidos en la horno de reverbero. La ventaja consiste en un EAF, revestida refractaria refrigerado por agua (cromo-magnesita ladrillo) recipiente de acero y electrodos colocados en el techo. La concentración de plomo tienda de campaña de la escoria resultante se encuentra entre 0,5% y 2%. 2.3.1.3. Tendencias de la industria en la producción de plomo En los últimos años, la industria de producción no ferrosos incluyendo la producción de plomo se ha ido a través de una notable transformación en términos de desarrollo y la adopción de nuevas tecno- gías [ 29]. Mejora de la protección del medio ambiente y el aumento de la productividad son la principal fuerzas motrices para la mayoría de las innovaciones de proceso recientes. Las tendencias en la producción de plomo industria puede resumirse como sigue: • Aumento de la capacidad de tratamiento de mezclas de fuentes de plomo primario y secundario. • Mejora de los procesos de pretratamiento para las baterías de plomo-ácido de desecho para satisfacer en constante aumentar las regulaciones ambientales. • Desarrollo de nuevas tecnologías hidrometalúrgicos tales como el proceso de Doe Run [2 , 30]. 692 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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Con la creciente disponibilidad de productos de plomo reciclado, las baterías de plomo-ácido de residuos en par- par-, hoy fundiciones deben ofrecer una flexibilidad suficiente para procesar cargas de alimentación con vary- ing composiciones para seguir siendo competitivos. La corriente de fundición de reducción directa

tecnologías, incluyendo la KIVCET, QSL y procesos Isasmelt / Ausmelt son capaces de tratamiento de mezclas de concentrados de sulfuro de plomo y fuentes secundarias tales como lixiviación res- idues de plantas de zinc. En contraste con las tecnologías de producción de cobre y de la hidrometalurgia del zinc en que el ácido sulfúrico se disuelve fácilmente los óxidos metálicos, el desarrollo de la extracción de plomo procesos de soluciones acuosas ha tenido menos éxito [2 ]. Conceptos de proceso húmedo tienen sido estudiado en cloruro de la [31 ] Y fluosilicato [3] sistemas. El desarrollo del proceso hidrometalúrgico más prometedora es la tecno- Doe Run logía [2 ], También conocido como el Flubor ® Proceso [ 30]. Este proceso resultó de una colabo- esfuerzo Orative, que comenzó a principios de 1990, entre la empresa Doe Run (EE.UU.) y Engitec (Italia). El trabajo de desarrollo temprano incluyó las pruebas de laboratorio; diseño, con- construcción y operación de una planta piloto; y el diseño de una planta de demostración. Hace poco, una inversión de más de $ 30 millones permitió la operación de una planta de demostración, la realización de estudios de ingeniería, y el diseño de una instalación a escala comercial [ 2]. Para el mejor conocimiento de los autores, Doe Run planea construir una planta comercial en un costo estimado de $ 150 millones para el año 2013 [ 30]. En el proceso de Doe Run, concentrados de sulfuro de plomo son lixiviados con ácido fluroboric de acuerdo con la siguiente reacción: PbSþ2Fe BF 4 ð Þ 3 ¼Pb BF 4 ð Þ 2 þ2Fe BF 4 ð Þ 2 THS D2: 3: 23

Tras la purificación, el plomo se recupera de la solución por extracción electrolítica. La Doe Run tecnología presenta los siguientes atributos [2]: • producción directa de 99% Pb en comparación con 95% Pb produce en procesos de fundición antes de la refinación. • Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. • Reducción de la necesidad de energía. Este proceso requiere un tercio de la energía por libra de plomo producido por procesos pirometalúrgicos actuales. • No hay escorias, se producen fuera de las corrientes de gas o polvos. 2.3.2. La producción de zinc Esta sección cubre los principios básicos que intervienen en y las tecnologías actuales para la producción de zinc por procesos de alta temperatura, es decir, el ISP. Hidrometalúrgica de zinc la producción se presenta en el Capítulo 2.3.7. La mayoría de la producción de zinc en todo el mundo origina a partir de minerales de sulfuro. El plomo y el zinc depósitos ocurrir juntos, y el plomo tiene una influencia significativa en la producción de zinc. Esfalerita (ZnS) es la materia prima más importante. Zinc primaria es predominantemente 693 Plomo y Zinc Producción

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producido por el procesamiento de sulfuro de concentrados por el hidrometalúrgico o roasting- proceso de lixiviación-electroobtención (RLE). En 2008, este proceso representó aproximada- madamente el 86% de la producción mundial de zinc [ 32]. El ISP produce zinc y plomo simultáneamente y contribuido a 10% de la producción mundial de zinc en 2008 [ 32 ]. Minerales de cinc son triturados, molidos, y se concentran por flotación por espuma. La concentración de zinc trar se procesa ya sea por la ruta electrolítico o por el ISP. El zinc producido tiene una pureza estándar de 99,995%. 2.3.2.1. Principios de Zinc Producción Los principios importantes que intervienen en la producción pirometalúrgica de zinc son relacionados a la química física de reacciones gas-sólido. En esta sección, la química física de extracción de zinc, hoja típica de flujo del proceso, y la refinación del zinc se discuten. El equilibrio químico relacionado con la extracción de zinc a partir de su sulfuro (esfalerita)

es que el sistema de (Zn-S-O), zinc-azufre-oxígeno que ha sido estudiada por varios investigadores [33-35]. Figura 2.3.13 muestra un predominio del área de temperatura constante diálogo gramo para el sistema de Zn-S-O a 1000 K (727 C). A esta temperatura, las formas de zinc sólo a presiones parciales muy bajas (<10 A23 kPa) de oxígeno, y por lo tanto no puede ser producido en este la temperatura en la práctica. Este diagrama también ayuda a identificar las condiciones en las que el tostado de sulfuro de zinc se lleva a cabo [ 10]. Asar es el primer paso en la producción de zinc por tanto en el proceso hidrometalúrgico de cinc y el ISP. En el ISP, sulfuro de zinc se oxida por primera vez en la planta de sinterización a temperaturas por encima de 1223 K (950 C). El ZnO resultante se reduce a continuación al vapor de zinc por CO en Figura diagrama 2.3.13 Predominio del área para el sistema de Zn-S-O a 1000 K (727 C). 694 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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el eje de reacción. La reacción ZnO-CO (Ecuación 2.3.12) es de equilibrio limitado (DG 1273K ¼46.3 kJ / mol). Figura 2.3.14 muestra la presión parcial de equilibrio CO y CO / CO 2 ratio para esta reacción a una presión parcial de cinc de 1,013 kPa (0,01 atm). Por lo tanto Esta figura indica que una temperatura superior a 1200 K (927 C) se requiere para afectar a la reducción con relaciones de presión parciales iguales o inferiores que la unidad. Figura 2.3.15 muestra un diagrama de flujo genérico de la producción de alta temperatura de pri- mary zinc, es decir, el ISP. En primer lugar, los concentrados de sulfuro de zinc se tuestan en una planta de sinterización. los producto sinterizado que contiene óxido de zinc y pequeñas cantidades de sulfatos (ZnOÁ2ZnSO 4 y ZnSO 4 ) Se reduce luego por monóxido de carbono en un alto horno zinc. Hojas de zinc metálico

el eje de reacción en la corriente de gas y se condensa poniéndose en contacto con plomo fundido en una con- más densa. El crudo de zinc se somete finalmente a un proceso de refinación para obtener un producto con 99,995% de zinc, como se describe a continuación. El producto crudo de zinc contiene pequeñas cantidades de plomo, hierro, cadmio, y otra impurezas tales como arsénico. Por lo tanto, el zinc producido por la fundición primaria operación debe ser sometido a un proceso de refinado. Debido a su punto de ebullición (1.180 K), zinc es refinado por destilación [ 36]. Este proceso se lleva a cabo en dos etapas: (columnas) en la primera columna, fundida cinc en bruto se separa en un vapor que consiste en zinc y el cadmio y el residual líquida de zinc a 1.373 K (1.100 C). La separación de zinc y el cadmio se lleva a cabo destilación fraccionada en la segunda columna a 1,223 K (950 C). El cadmio es recogida desde la parte superior de la columna como un polvo, y el zinc se obtiene como un líquido con una pureza de 99,995% en la parte inferior de la columna. El zinc residual que contiene Pb y Fe está licuado, produciendo bajos de zinc en cadmio, dura zinc y plomo impuro [ 37 ]. El disco de zinc contiene aproximadamente 20% Pb y 2% de Fe. Figura 2.3.14 Equilibrium CO / CO 2 ratio para la reacción de ZnO-CO (Ecuación 2.3.12). Presión de vapor de zinc igual a 1,013 kPa (0,01 atm). 695 Plomo y Zinc Producción

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El zinc producido en esta etapa y difícil de zinc productos son típicamente recicla a la pro- proceso. El principal producto impuro con un 2% Zn se refina junto con plomo producido en una fundición. 2.3.2.2. Tecnologías industriales para zinc Producción Las tecnologías industriales actuales para la producción de zinc se pueden agrupar en dos generales tipos: los procesos hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos. El pro- hidrometalúrgico proceso es la tecnología predominante y representó aproximadamente el 86% del mundo la producción de zinc en 2008 [32 ].Este proceso se describe en el capítulo 2.3.7 . La contri- ISP buido al 10% de la producción mundial de zinc en 2008 [32 ] Y disminuido debido al mayor costo

en comparación con el proceso hidrometalúrgico y la dependencia de coque metalúrgico. Zinc actuales tecnologías de producción Hidrometalúrgico Proceso RLE Pirometalúrgica Proceso de réplica (ya no se usa, excepto en China) Proceso de fundición Imperial Zn y Pb sulfuro concentrados Sinter planta Zinc explosión horno Condensador Pb (l) Sinter Dirigir lingotes Zn (g) Zn (l) Refinación de zinc Zn (99,995%) Flujos Figura 2.3.15 Un diagrama de flujo típico para la producción de alta temperatura de primaria de zinc por el imperial proceso de fundición. 696 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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Proceso 2.3.2.2.1 retorta El proceso de retorta produce metal de zinc mediante la reducción de óxido de zinc (ZnO) con carbono y por condensar el vapor de zinc resultante. Esta es una de las tecnologías de producción de zinc primero utilizado y fue desarrollado en respuesta a la necesidad para la extracción de zinc a partir de minerales de zinc con carácter de óxidos. Externamente calientan y retortas horizontales lotes operados fueron utilizados originalmente. La operación ación de estas réplicas fue laborioso y presenta un rendimiento de zinc bajo ($ 60%). Como un En consecuencia, la retorta horizontal se utiliza ya no ampliamente. Para superar las limitaciones de la retorta horizontal, se ha desarrollado el proceso de Nueva Jersey. Este proceso consiste esen- cialmente de una réplica vertical, calentado desde el exterior. En este proceso, las briquetas de coque (60 a 70% calcina y 30-40% de carbón) alimentado desde la parte superior de la retorta flujo hacia abajo a la zona de reacción

donde la reducción de óxido de zinc por el carbono tiene lugar en 1523 hasta 1.573 K (1250- 1300 C). El monóxido de vapor de cinc y de carbono producido a continuación, el flujo en contracorriente a las briquetas. Zinc líquido se obtiene en un condensador después de que el gas-off que contiene zinc se enfría a aproximadamente 773 K (500 C). El proceso de New Jersey funciona de forma continua, es térmicamente más eficiente que el retorta horizontal, y requiere menos mano de obra. A pesar de estas mejoras, el proceso de réplica ha sido prácticamente suspendido como una importante tecnología de producción de zinc. Más detalles sobre el proceso de retorta se pueden encontrar en la literatura [36 ]. Proceso 2.3.2.2.2 Imperial Smelting El ISP produce zinc mediante la reducción de óxido de zinc con fuentes de carbono. Vapor de zinc es pro- producida por la reducción de óxido de cinc contenido en un sinterizado con monóxido de carbono (CO) y de coque a altas temperaturas en un alto horno zinc. La sinterización se hace comúnmente de plomo y zinc sulfuro de concentrados y, como resultado, el plomo se produce simultáneamente (40-50% de zinc pro- producción) con un requerimiento mínimo de energía por tonelada de plomo fundido producido [4 ]. Esta representa una ventaja clave del ISP. Al salir de la cuba de reacción, el vapor de zinc es con- condensada por pulverización de plomo fundido. Plomo fundido se recoge en el corazón de la cuba de reacción. Figura 2.3.16 muestra los componentes principales de la ISP. Consiste en una reacción rectangular eje de la con paredes refractarias forrado refrigerados por agua; una tolva de configuración de sellado de campana doble ración para la alimentación de la carga sólida al tiempo que garantiza un sellado eficaz; toberas en el horno Hearth para suministrar la corriente de aire; y un condensador de salpicaduras de plomo para condensar el zinc vapor contenida en la corriente de gas. El condensador splash plomo fue desarrollado por el Imperial Smelting Corporation en 1943 [37 ]. Fue el componente clave para el desa- rrollo del alto horno de zinc, ya que permitió la rápida condensación de zinc sin reoxidación y proporcionó plomo fundido como disolvente de zinc. El cinc metálico se produce en forma de vapor y sale del horno como un componente de la off-

corriente de gas (5-7% Zn). Por lo tanto, la corriente de gas debe mantenerse a un alto suficiente temperatura, es decir, superior a 1223 K (950 C), para mantener el zinc en la fase de vapor y con suficiente poder reductor para evitar la oxidación de zinc. El alto horno es más zinc 697 Plomo y Zinc Producción

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intensa que su contraparte ventaja cuando se necesitan altos hornos de coque y aire rendimientos a generar un ambiente más fuerte reductor. La alimentación sólida se compone de un sinterizado con una composición determinada por la composición de destino posición de la escoria y el coque precalentado a aproximadamente 973 K (700 C). Precalentado aire de proceso se alimenta a través de toberas y con una temperatura en el intervalo de 1073- 1273 K (800 a 1.000 C). Coke combustión genera temperaturas de hasta 1873 K (1.600 C) en la zona de tobera. Una descripción de los procesos que tienen lugar en el interior del cuba de reacción se puede encontrar en la Sección 2.3.1.2.1 . Las reacciones químicas que ocurren en el ISP se dan en la Sección 2.3.1.1.5 . Los ISP comparte algunas de las desventajas de los altos hornos de plomo. Se requiere sinter y coque metalúrgico. El funcionamiento de la máquina de sinterización es complejo y difícil de con- control. Además, el calor exotérmico de la oxidación sólo se utiliza para precalentar la alimentación mate- riales, pero se desperdicia lo contrario. La producción de coque es intensiva en capital y contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero. 2.3.2.3. Tendencias de la industria en la producción de zinc Siendo la vía predominante para la producción de zinc, el proceso RLE es la tecnología que ha experimentado recientemente importantes acontecimientos [ 32]. Procesos pirometalúrgicos, en Por otra parte, han recibido poca atención debido a su mayor operativo y de capital costes. Recientemente, fosos y compañeros de trabajo [ 38] presentó un estudio sobre la producción de zinc primaria datos. Las regulaciones ambientales y la necesidad de aumento de la productividad en coche nuevo Antecrisol Escoria Lingotes de plomo

Precalentado aire Zinc explosión horno Toberas Lead-splash rotores de condensador Refrigerado plomo y zinc Separación bañera ISP de zinc Gas Off Sinter + Coke Sellos de Bell Figura la 2.3.16 Representación esquemática del proceso de fundición imperial (ISP). Adaptado de [ 37]. 698 HY Sohn y M. Olivas Martínez

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la evolución de la industria del zinc, como en los otros procesos de producción no ferrosos. los tendencias de la industria se pueden resumir de la siguiente manera: • Las plantas más grandes, • Recuperación% de zinc mejorado, • Reducción del uso de la tecnología de alto horno planta de zinc de sinterización, • Aumento de la eficacia de la corriente en la fase de extracción electrolítica, y • El uso de cátodos más grandes en electroobtención células. REFERENCIAS [1]. PC Hayes, et al, en: A. Siegmund, et al. (Eds.), Plomo y zinc de 2010, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2010, pp. 345 hasta 413. [2] JL Pyatt, M. Maccagni, en: A. Siegmund, et al. (Eds.), Plomo y zinc de 2010, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, Nueva Jersey, 2010, pp. 47-56. [3] RJ Sinclair, Metalurgia Extractiva de plomo, El Instituto Australiano de Minería y Metalurgia, Carlton Victoria, Australia, 2009, pp. 11-12, 47-48, 55, 77, 99-127, 161-162, 188-193. [4] GM Willis, en: JM Cigan, TS Mackey, TJ O'Keefe (Eds.), Plomo, zinc y Tin'80: TMS-AIME Mundial Simposio sobre Metalurgia y Control Ambiental, TMS-AIME, Warrendale, PA, 1980, pp. 457 a 476. [5] A. Melin, y otros, en: F. Habashi (Eds.), Manual de Metalurgia Extractiva, vol.. 2, Wiley-VCH, Weinheim, Alemania, 1997, pp. 584, 586 a 588, 596, 599-600.

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