m \Csjaa3ieaxaltimpo/

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA4 I V l S 1 6 N DE CIENCIAS

BASICAS E INGENlERh

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE PROCESOS E HIDRAULICA

LlXlVlACION DE GALENA CON CLORURO FERRIC0 PARA LA OBTENCION DE PLOMO

P R O Y E C TT E R M I N A L O

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE/INGENIERO QUIMICO EN DESARROLLO Y DISEO DE PROCESOS

PRESENTANl Aguijar Prez Gabriel 92222456 Gonzlez Aguirre Miranda 93320571 Morales Prez Ariadna Alicia 93320937

Asesor

Dra.-Gretchen Terry Lapidus Lavine/

MBxico: D.F. Mayo de ?997

Las

cosas

salen bien

y resultan mejor,

cuando cada uno hace aquello paralo que sirve y cuando ninguna preocupacin le asedie.

Platn.

Agradecimientos:

AI departamento de Ingeniera de Procesos e Hidrulica.

Agradecemos especialmente a la Dra. Gretchen Lapidus Lavine por compartir con nosotros sus conocimientos y experiencia en el ramo de la ingeniera y por todo el apoyo moral para la realizacin de este proyecto.

A nuestros sinodales:

Dr. Jos Antonio De los Reyes Heredia.M.C. Carlos Martinez Vera.

Te doy gracias Dios por haberme dado la vida y permitirme realizar el anhelo de

mi juventud.

Gracias a mis padres por haberme brindado su apoyo incondicional para lograr mi objetivo. Prof, AgustnMorales Cruz. Enedina Prez Martinez.

A mis hermanas :Dra.NiviBlanca C.P. Estela Morales Prez.

DinazarMorales Prez. Hilda Morales Prez. Con cario y respeto

A la primer Qumico que crey en m:

Q. Mara Elena Cano Rodriguez.Porque gracias a ella hoy florece la semilla que un da sembr. Gracias por su apoyo en el momento indicado.

A las personas que han formado parte especial en mi vida.Con amor.

ariali

INDICE

0

1. Introduccin1.1. Resumen 1.2. Objetivos del proyecto 1.3. Importancia econmica

2. Estudio de mercado y conocimiento de la industria en cuestin

2.1. Niveles de produccin 2.1.1. Produccin Mundial Plomo de 2.1.2. Produccin Nacional de Plomo 2.1.3. Produccin estatal de plomo 2.1.4. Produccin municipal de plomo 2.2. Exportaciones minero-metalrgicas 2.2.1. Valor de las exportaciones minero-metalrgicas 2.3. Principales procesadores 2.4. Precio Internacional0

66

6

7

789

16 20

3. Definicin del proyecto3.1. El producto y sus caractersticas 21

3.2. Ubicacin y capacidad de la planta 3.3 Horas de operacin de la planta 3.4. Consideraciones preliminares sobre seguridad 3.5 Fecha de terminacin proyecto delO

252526 29

4. Revisin de procesosexistentes y sntesis preliminar de nuevos esquemasde procesamiento 4.1. Procesos existentes (literatura) 4.2Condiciones deoperacin de los diferentesprocesosexistentes 4.3 Posibilidades de innovacin y/o modificacin de los procesos existentes 4.4. Seleccin de unproceso o desarrollo de nuevos esquemas de procesamiento 46 y diagrama del proceso materias primas y calidad su 48 44

3040

Reacciones 4.5 Fuentes de 4.6

53

4.7 Productos y subproductos 56 4.8 Contaminantes en los desechos y en los productosO

56

5. Experimentacin5.1. Marco conceptual5.2. Calendario de la experimentacin

585964

5.3. Tcnicas analticas empleadas

5.4. Procedimientos experimentales

66 67

5.5. Objetivos alcanzados durante las semanasO

6. Resultados y discusin6.1. Absorcin atmica 6.2. Conclusiones en base al anlisis experimental 6.3 Parmetros estudiados 75 80 82

O

7. Obtencin de datos sobre propiedades para el diseo7.1 Propiedades Fsicas 84

0

8. Balances preliminares de materia y energa del esquema seleccionadoBalances 8.1. energa elen de materia yproceso simulador 86 86 89 107

Descripcin

8.2

8.3 Algoritmo ,grfica y hojas de resultados del programa Conclusiones 8.40

y resultados del programa

9. Diseo y concepcin de la planta9.1 Capacidad de produccin de la planta9.2 Diagrama de la planta

108 1o9

9.3 Diseo deequipos principales 9.3.1 Reactor de lixiviacin 9.3.2 Decantador

1 1o110 114

9.3.3 Reactor de cementacin 9.3.4 Filtro Prensa 9.3.5Cristalizador 9.3.6 Filtro de discos al vaco 9.3.7 Celda electrolitica 9.3.8 Torre de enfriamiento 9.3.9 Clorador 9.3.1O Condensador 9.3.1 1 Calderanecesaria para el condensador 9.3.12 Triturador 9.3.13 Mezclador 9.3.14 Caldera Flujo de vapor necesario para las chaquetas de calentamiento 9.3.15 Tubera, accesorios y bombas a) Materiales para tubera b) Distribucin de tuberas c) Accesorios 9.3.16 Balances de energa mecnica para el sistema 9.4 Personal de la plantaO

115 120 122 127 130 131 134 135 139 140 141

142144

145 147 148 149 151

I O . Rentabilidad de la planta.

1O. 1 Costos de materia prima10.2 Evaluacin Econmica 10.2.1. Liquidacin de Peoles 10.2.2. Evaluacin econmica del proceso de lixiviacin 10.2.3. Comparacin de ganancias 10.2.4. Clculo del Capital Fijo y mano de obra.o

155155 156 158 159 160 163 165 167 169 174

1 .Estados de situacin financiera 112. Clculo de la Tasa Interna de Retorno (TIR):Conclusiones Anexo experimental Bibliografa

o

O

O

O

LIXIVIACIN DE GALENA CON CLORURO FRRICO

l.Introduccin

Mediante el desarrollo de este proyecto se pretenden resaltar las ventajas de la lixiviacin selectiva del concentrado de galena sobre el procedimiento actual para la obtencin del plomo (Pb) a partir de la misma, la fundicin convencional. Lo anterior resulta ms tangible al mencionar algunas de las ventajas de la

lixiviacin, en conjunto con la electrlisis. En cuanto a los beneficios de la lixiviacin, cabe genera emisiones de dixido deazufre sealar que este proceso no atmsfera y no

(SO2) ni de Pb ala

requiere del uso de carbn como en el proceso tradicional de fundicin. Adems, es aplicable a operaciones de baja escala, lo cual no representa la erogacin de capitales elevados. Otra de las ventajas del proceso, es la rapidezconla puedeserque

llevado a cabo, puesto que se puede extraer un 99% del Pb del

concentrado de galena en tan slo unos minutos. En relacin con los requerimientos energticos, destaca el hecho de que quizs sean un poco ms altos que los de la fundicin (principalmente debido a que hay que proporcionar solucin cantidades grandes de calor para el calentamiento de la pero que esto siguiere no el proceso no sea

lixiviante),

comparativamente ms eficiente; ya que una considerable parte del cloro gaseoso (C12). (HAVER F.P, 1976)

calor puede

ser obtenido a partir de la reaccin exotrmica entre el cloruro ferroso (FeCI2) y el

2

El proceso presenta opcin la

de la recuperacin,

mediante cementacin tales

intercambio inico, de subproductos provenientes de la solucin lixiviante, como laplata(Ag) y el cobre

(Cu) .

Asimismo, el cloruro de plomo (PbCI2)

producido es lo suficientemente puro como para ser sometido a una electrlisis y obtener de tal modo el plomo (Pb) en forma metlica. En cuanto al cloro (C12)proveniente de la electrlisis, el mismo es recirculado a la regeneracin de la solucin lixiviante, reduciendo as la necesidad de tener que invertir,tantoen la compra como en el almacenamiento del mismo. Una vez

mencionado lo anterior, se puede afirmar la importancia del estudio de la lixiviacin del concentrado de galena para la obtencin del plomo metlico.

1.l. ResumenLa lixiviacin de la galena con cloruro frrico y de sodio fue propuesta como un proceso alternativo mediante el cual se busca obtener plomo a partir del

concentrado de un mineral y, de esta manera, reducir las posibles emisiones de Contaminantes hacia la atmsfera y el medio ambiente en general. Para llevar a cabo el objetivo mencionado inicialmente se hizo uso de algunos

otros procesos sencillos dentro de la industria qumica que, en conjunto, buscan obtener el producto deseado. Entre los procesos anteriormente mencionados se encuentran la separacin de fases, extraccin, cristalizacin, cementacin, etc.

En cuanto adebe estar

las medidas tomadas para reducir la

obtencin de productos

secundarios y de posibles contaminantes se puede argumentar que lo anterior presente en el diseo de cualquier proyecto, pues resulta

imprescindible tratar de mejorar la calidad delambiente.

3

Estose aplica engranmedidaen

el proyecto al eliminar la produccin de un

agente tan txico, como l es el SOz, que resulta como subproducto en el proceso o de fundicin. Adems, el proyecto pondr a prueba el la remocin de otras impurezas involucradas. ingenio e innovacin para

1.2. Objetivos del proyecto

l. Disear la planta de lixiviacin, extraccin y recuperacin de algunos metalescontenidos en el concentrado degalena,enespecial plomo, considerando la obtencin de este producto a partir de la produccin de la mina Real de Angeles, en el estado de Zacatecas, Mxico.2. Seleccionar las etapas para la recuperacin y purificacin del plomo y disminuir

los posibles contaminantes en el proceso.3. Desarrollarel anlisis econmico comparativo con elproceso de fundicin, un rango de

tomando en cuenta que el costo de operacin de la fundicin dar

operacin para la plantade lixiviacin, mostrando as si el proceso es rentable.

1.3. Importancia econmica

Siempre ha sido de gran importancia la produccin minero-metalrgica del pas, tambin I es en la actualidad. As, se observ en los primeros meses del ao un o incremento anual acumulado de 5.1 %, en trminos reales, con respecto al mismo periodo del ao anterior. AI respecto, en un artculo

(El Financiero,

9 de agosto

de 1996, pp. 24), se reporta que la recuperacin se presenta para cada una de

las ramas involucradas: minerales industriales, metales y minerales siderrgicos, minerales no-metlicos, metales preciosos, etc.

4

Por otro lado, la ley minera vigentehapermitido

atraer mayores inversiones

nacionales y extranjeras al sector ya que dicha legislacin elimin los lmites a la superficie concesionable; lo que, a su vez, permiti la transmisin a terceros de la titularidad de concesiones y de los derechos que de ella se deriven, ampliando la vigencia de las concesiones de exploracin a tres y seis aos, y las de explotacin de 25 a 50 aos prorrogables estas ltimas por otros 50 aos.Es por ello quelainiciativaprivada

ha logrado elevar laproduccin

nacional

minero-metalrgica. Durante 1995, el crecimiento ascendi a 11.5%, en trminos reales, con respecto a 1994, al alcanzar un valor superior a 21 mil 694 millones de pesos. Cabe mencionar el que objetivo del mejoramiento de la produccin minero-

metalrgica del pas es lograr el abasto interno de los minerales, incrementar las exportaciones, sustituir importaciones y crear cadenas productivas utilizar los metales y que permitan

minerales mexicanos como materias primas en otros

productos con mayor valor agregado.

As, durante el mes de abril de 1996, el 47.23% del valor total de la produccinminero-metalrgica correspondi a metales industriales no ferrosos,

principalmente cobre, zinc y plomo; el 22%, a metales y minerales siderrgicos, destacando coque y carbn mineral; el 21.46%, a metales preciosos, oro y plata y el restante 9.31 %, a minerales no metlicos, tal es

e caso de fluorita, azufre y l

yeso (como se observa en la siguiente grfica). (El Financiero, 9 de agosto de 1996, pp. 24).

5

Valor de la produccin minerometalrgica (Abril de 1996)

Mnerales no metlicos 9% Metales industriales no ferrosos 48%

Metales y minerales siderrgicos 22%

Fuente: El Financiero Este artculo menciona que, aunque el producto metalrgico ms importante sea el cobre, sigue siendo de gran inters el proceso para la obtencin del partir de la galena. plomo a

6

2. Estudio de mercado y conocimiento de la industria en

cuestin

2.1. Niveles de produccin2.1 .I .Produccin Mundial de Plomo Laproduccinmundialdeplomoha registrado uncomportamiento decreciente

desde fines de la dcada de los ochenta, al pasar de 3.4 millones detoneladas en 1989a2.9 millones de toneladas en 1994; siendo el periodo1992a1993un

periodo de transicin, observndose su estabilizacin a partir de 1993 (ver grfica nmero ). 1 Cabe sealar que, para los fines de este proyecto, no se ha

consideradonecesario

realizar un anlisis riguroso de la produccin mundial,

puesto que la produccin del pas representa tan slo el 5% de dicha produccin mundial.

2.1.2. Produccin Nacional de PlomoLa produccin nacional de (ver plomo grfica nmero 2) muestra un

comportamiento decreciente durante el periodo comprendido entre los aos 1989y 1993, al pasar de 180 mil a 175 mil toneladas en el periodo de referencia. Cabe

sealar que la disminucin ms notoria se registr en 1993, cuando descendi hasta 154 mil toneladas; registrndose, de manera similar a lo acontecido con la produccin mundial, una ligera recuperacin a partir de1994. Lo anterior, como resultado de recientes incrementos en la demanda nacional, en particularen 1994, conrespectoalao inmediato anterior. Al comparar este

comportamientoconel

registrado en las exportaciones respectivas (ver punto

7

2.2.1 .), se puede deducir

que existe mayor consumo interno, l que representa o

una ventaja para este proyecto orientado a la produccin de plomo, toda vez que se cuenta con la demanda en el pas.2.1.3. Produccin estatal de plomo

En este contexto, resulta de gran importancia conocer las produccin de plomo en el estado en que se desea establecer la planta de lixiviacin selectiva de galena con cloruro frrico, para la obtencin de dicho metal. 1989 y Con tal propsito, se

muestra el comportamiento de la produccin de plomo en Zacatecas durante el periodo comprendido entre 1994 (ver grfica nmero 3).

El

comportamiento en los primeros cuatro aos registr ligeros altibajos: de 54 mil toneladas en 1989 ascendi a ms de 58 mil en 1990, paradisminuir a 53 y 52 mil toneladas en el siguiente bienio. Lo que sigui fue una cada(cerca de 39 mil toneladas en el ao de 1993) que fue compensada en el ao subsecuente, toda vez que la produccin estatal ascendi a 55 mil toneladas. mineral el en nacional. 2.1.3. Produccin municipal de plomo

Por otro lado, cabe destacar que laproduccin

de este

estado representa, de manera aproximada, el 30% del total

El municipio de Noria de ngeles, lugar donde se propone el establecimiento de

la planta de lixiviacin mantena, hasta 1992, una produccinconstante de plomo (alrededor de las 40 mil toneladas al

relativamente

ao), misma que

representa aproximadamente el 80% de la produccin estatal y, en consecuencia, cerca del 22% de la produccin nacional. Dichaproduccin municipal se vio afectada apartirde 1992?con laprdida

parcial de la produccin en 1993 (slo 26 mil toneladas), para restablecerse en el

8

siguiente ao, para alcanzar una produccin superior a las 46 mil toneladas (ver grfica nmero municipal por la

4).

De ahi la importancia del incremento en la produccin

puesta en operacin de la planta, particularmente en lo que se

refiere a generacin de fuentes de empleo en la zona. Con base enla informacin anterior, y como resultado de un anlisis muy somero, se deduce que es posible una franca recuperacin en la produccin en el corto y mediano plazo, como respuesta a un incremento en la demanda a nivel nacional; crecienteproduccin propone. Asimismo, sepuede asentar que la localizacin delaplanta de lixiviacin de contar con de la que puede formar parte e proyecto que aqu l se

galena con cloruro frrico presenta grandes ventajas debido a que

una segura fuente de materias primas para el proceso, dados los niveles dela produccin local de plomo. Adicionalmente, cabe resaltar que la experiencia en los procesos de extraccin

del mineral, as como en tratamientos previos a la lixiviacin del concentrado de galena y en su transportacin, constituyen ventajas singulares para la realizacin del proyecto. Como tambin resulta una ventaja muy considerable el conocimiento de las

caractersticas sociales y econmicas de la regin, del desarrollo de la actividad local de la industria minero-metalrgica y de los costos alternos en mano de obra y servicios de agua, luz, etc.

2.2. Exportaciones minero-metalrgicas

Dentro de las exportaciones minero-metalrgicas, las relativas al mineral de plata fueron las que presentaron los mayores -aun cuando decrecientes- volmenes,

9

1.26 millones de toneladas, en 1994, siguindole el zinc, el cual, en contrapartida, ha registrado volmenes crecientes en sus exportaciones, mismas que

ascendieron, para ese mismo ao de 1994, a cerca de 433 mil toneladas. Las exportaciones de cobre, por su parte, han registrado una fuerte disminucin al pasar de 317 mil 514 toneladas en 1989 a 81 mil 333 toneladas en 1994, mientras que el plomo pas de 101 mil 713 toneladas en 1989 a 62 mil 596 toneladas en 1994. En trminos comparativos, los volmenes de las exportaciones de este mineral representan aproximadamente la mitad de los volmenes de exportacin de plata y cerca del doble de las exportaciones de fierro, las cuales pasaron de 53 mil 901 toneladas en 1989 a 31 mil 850 toneladas en 1994 (ver grfica nmero 5).

2.2.1. Valor de las exportaciones minero-metalrgicasEl comportamiento del valor de las exportaciones de los metales industriales de

cobre, fierro, plomo y zinc es heterogneo, mientras que las exportaciones de zinc estn creciendo a partir todo cobre el que, el con alrededordelasdos resultado de de 1992, el cobre, el plomo y el fierro decrecen, sobre brusco descenso presentado 1993, en ha perdido

terceras partes del valor de sus ventas al exterior, como

la contraccin de la produccin por la baja de los precios

internacionales del metal. El plomo, metal cuya produccin se pretende incrementar con la puesta en

marcha de este proyecto, muestra una tendencia en el valor de sus exportaciones hacia la baja, a pesar de la recuperacin de la produccin nacional, en respuesta a la disminucin de los precios internacionales (ver grfica nmero 6).

1

I

v)

L C

O

a

II

Produccin de Plomo en el Municipio de Noria de

Angeles, Zac. (1989-1994)

1994

14

Grfica 5

15

Grfica 6

sosad ap sal!^

16

2.3. Principales procesadoresLos principalesprocesadores,eneste caso, seran las fundidoras.Para poder

comparar si el proceso de lixiviacin selectiva es rentable frente al de fundicin es necesario comparar los costos involucrados con cada una de las mismas. Es por ello que en este apartado se presentan algunas tablas que incluyen propuestos las por fundidoras similares al nuestro. Para fines de este proyecto se cont con colaboracin la de la fundidora los castigos

al analizar unconcentrado

con caractersticas

IndustriasPeoles liquidaciones:

S.A. deC.V.,

la cual proporcion los siguientes valores de

LIQUIDACION PEOLES

FECHA DE COTIZACIONES

24 D E JULIO 1992

Mizacione

Precio

I

Conc. Pb

1

I

Unidad

Conc. Pb

1

Unidad

336.7r

52

534.76

$/ton

3.8(

8.314

938.19

$/ton

1.186:

25.00

35.31338.08

$/ton

0.3i

466.20

$/ton

17

TotalI

1 846.35I

$/ton

A raz de lo anterior, surgen una serie de factores de pago y descuentos como losmencionados a continuacin.

Elemento

2onver

Pago %10.2835

Jnidad

2onc. Pb

Au

0.0321 507 32.1507 2.205 2.205

95 95

O

Ag

1 16.064C2.354; $/Kg $/Kg$! I O /

0.0510

cuPb As

9095

0.7751

30 30.4378

18

Conc. Pb TotalI

1696.331

0.74

1255.286

1255.29II

Elemento Au

Conc. Pb52.0008.2641 5.000

Unidad

Elemento As

Conc. PbOI

1Unidad

gltonKg/ton Kglton Kglton Kglton Kg/ton

$/ton $/Kg $/ton $/ton $/ton $/ton $/ton

Ag cu Pb Zn Cd

O

lnsol Maquila

O

4360.2000.000

140.01 36I

Muestra

102.5365

0.000

Total

150.01 36

19

Estos costosfueron

reportados conelfin

de analizar el peso que tienen los

castigos dados en el proceso de fundicin sobre el contenido de Pb que presenta el concentrado a procesar. Lo anterior es de gran utilidad como punto de partida para el anlisis econmico de la lixiviacin selectiva de la galena con cloruro frrico. Con base en la informacin anterior, se pretende delimitar un rango econmico de operacin el para proceso propuesto. Lo anterior involucra directamente a

diferentes tipos de costos de proceso, tales como:

O

Gastos de operacin Evaluacin de costos de los equipos, con base en su diseo

O

O

Costos de instalacinCostos de servicios fuera de limites de batera

O

O

Anlisis econmico del tiempo de recuperacin de la inversin

Es por ello que, conociendo los costos mencionados anteriormente - junto con elrango econmico permisible para el proceso de fundicin - , se podra establecer la rentabilidad del proceso de lixiviacin selectiva.

20

2.4. Precio Internacional

COTIZACION DE LOS METALES PARA EL MES DE AGOSTO DE 1996

Pb cu Zn Ag / onza Troy

814

1967

1 010.4

5.21

Precio : Dolares Referencia: Bolsa de Valores En relacin con estos precios cabe sealar que estn sujetos a cambios

constantes; a pesar de ello, se observa que, durante el mes de agosto de 1996, el precio del plomo es ms bajo que los precios registrados para el cobre y el zinc y para hacer la comparacin con la plata habra hacer que necesarias, toda vez que los valores se presentan onzas en las conversiones troy y no en

toneladas. Lo anterior no debe afectar a los objetivos del proyecto, ya que los precios reportados son de carcter internacional.

21

3. Definicin del proyecto

3.1. El producto y sus caractersticasE plomo es un metal gris azulado con las siguientes propiedades generales. lPb207.22 11.3437 327.35OC

1525C29.5*1 O-4

20.648 microhms 0.081 cal/cm2/cm/0C/s 1.5 mohs 6.26 cal/gr 0.03046 cal/gr "C

22

En cuanto a sus propiedades, el plomo es maleable, dctil y susceptible de alear, adems cuando se calienta a altas temperaturas, puede ser forzado, a travs de orificios o ranuras. Por otro lado, posee baja tensin superficial y suele ser un cortar la

conductor de electricidad pobre. Adems, presenta un brillo plateado al superficie del metal, mismo que, al transcurrir

un momento, adquiere el

caracterstico color gris azulado. En presencia de aire tiende a recubrirse de una capa opaca dexido que lo protege de ulteriores ataques.

El plomo es resistente a la mayora de los cidos inorgnicos, soluble en cidontrico no pero es afectado por cido sulfrico

o por clorhdrico cido

a

temperatura ambiente. En presencia de aire, reacciona lentamente con agua para formar hidrxido de plomo, el cual es ligeramente soluble. Otro aspecto

importante es el hecho de que el plomo se encuentra en ocho diferentes formas isotpicas, de las cuales cuatro son estables y el resto son radioactivas. (Plomo,1980)

El plomo se encuentra distribuido en sulfuros, sulfatos y carbonatos. Entre

varias partes del

mundo en forma de ms es la

los ms conocidos, el mineral

importante y prcticamenteel

nico usado para la extraccin delmetal

galena o sulfuro de Pb (PbS), adems se conocen la cerrusita y la anglesita. Por otro lado, conviene destacar que este elemento es generalmente utilizado en la manufactura de acumuladores, como recubrimiento para cables,en tuberas, en pipas, tanques, aparatosderayos numerosos compuestos (plomo un cierto tipo de

X, as como en lay parapigmentos).

fabricacin de

tetraetilo, antidetonante para

gasolinas,xidosalinoPb304,

para pinturasantiherrumbre

Adems aisla ruidos, vibraciones y radiaciones. En cuanto a aleaciones, suele formarlas con: estao, para soldaduras, con

arsnico para perdigones de cazay con antimonio para moldes fotogrficos. Uno

23

de los usos ms interesantes del plomo est relacionado con su alta densidad y susmltiplespropiedadesnucleares, ya que tienepropiedadesespeciales que

permiten utilizarlocomo escudo protector para materiales radioactivos. Cabe mencionarque el plomo secomporta generalmenteensus compuestos

como divalente electropositivo; siendo su hidrxido de naturaleza anftera. detalle es que son raros suelen tener

Otro

los compuestos con grado de oxidacin +4, los cuales

un fuerte carcter oxidante.

Por ejemplo, el Pb02 tiene xido no

caractersticasanfteras

con preponderanciadelcomportamientode

metlico. En relacin con los cloruros, el PbCI2es poco soluble en agua, aunque ms soluble que el sulfato PbS04. (Microsoft, 1994).

Acumuladores Oxidos

Placas de acumuladores Oxidos para

Industria automotriz

placas Industria Qumica

positivas y negativas de bateras. qumicos. Productos Vidriado en

cermica. Pigmentos para pintura. artes grficas Tipos para imprenta. 4rtes grficas

Moldes para plsticos. Conductores. Recubrimiento de cables Zonduccin dectricidad, :omunicaciones de

24

Municiones. Soldaduras

Municiones pailera, Tuberas, fontanera.

Industria militar Industria construccin. Industria metalmecnica. vlvulas y deI2

lmina, Tubera y lmina

Tubos, conexiones, accesorios.

Tetraetilo

Aditivo antidetonante para Industria del transporte combustibles.

Otros

Fundiciones, aditivo para Varios grasas lubricantes en

pesada, maquinaria aislantes materiales de radioactivos.

A continuacin se presentan las

caractersticas del cloruro de plomo,

PbCI2, ya un peso Es

que el mismo figura como producto en el proceso. Este cloruro posee

molecular de 374.12 g/mol del cual el 25.49% es de CI y el resto es dePb.

interesante mencionar que en la naturaleza se encuentra en forma de un mineral conocido como cotunita. (PARKER, 1990)Por lo general se encuentra en forma de polvo blanco, el cual es venenoso. En

relacin con sus propiedades, reporta que este cloruro hierve a950C y que se se funde a 501 "C. En cuanto a la solubilidad, el mismo tiende a solubilizarse ms en agua caiiente que en agua fra; es parcialmente solubie en soluciones de: NH4CI,

25

NH4N03, hidrxidosalcalinos y es poco soluble en alcohol. Por ltimo, mencionarqueeste cloruro suele ser utilizadoparaprepararsalesde

se puede plomo,

pigmentos de cromato de plomo y como reactivo analtico. (Windholz, 1980).

3.2. Ubicacin y capacidad de la plantaLa empresa minera FRISCO S.A. deC.V.,perteneciente

al grupo CARSO, esque se

propietaria de diversas minas dentro de la Repblica Mexicana, entre las encuentra la mina de inters:Real de Angeles.- Localizada en Noria de Angeles, Zacatecas,

que colinda con

Aguascalientes y est cerca de Loreto, Zacatecas. Productora principalmente de Plomo, Plata, Zinc y de subproductos como el Cadmio.

Es porello que este proyecto ser llevadoa cabo en una locacindicha mina. Adems, cabe mencionar que la construccin

cercana a de

de la planta

lixiviacin se tiene contemplada en un predio colindante con la planta de flotacin; el yacimiento proveer la materia prima que es el concentrado de galena, el cual ser transportado en camiones desde la planta de flotacin a lade lixiviacin. Asimismo, cabe sealar que laplanta esta diseadaparatratar

750 Kg/hdede dicho

concentrado primario (galena de la segunda flotacin). La composicin

concentrado se menciona a continuacin: 30% de Pb, 2% de Zn , 0.2 % de Cu y

700 ppM deAg (segn datos proporcionados por Frisco).Tambin destaca el hecho de que se cuenta con terreno suficiente para la plantay elalmacenamiento,

tanto demateria

prima como de productos. Ademssey dems servicios necesarios

dispone de red hidrulica,luzelctrica,telfono

para la ubicacin de este tipo de industrias. (FRISCO, 1996)

26

3.3 Horas de operacin de la plantaDebidoaquelaplanta en construccinconsidera unproceso deproduccin

continuo, el horario previsto ser de 24 horas al da. Cabe resaltar que la planta estarenfuncionamiento 330 das al ao, y los restantes se contemplan para

mantenimiento preventivo ylo correctivo.

3.4. Consideraciones preliminares sobre seguridadEn este proceso no suelen originarse accidentes graves. A pesar de ello, existen normas de seguridad, las cuales deben ser acatadas por cualquier persona, ya dichas

sea trabajador o directivo. Aunque no se podrn reportar rigurosamente

normas, se mencionarn algunosde los cuidados que deben detenerse dentro de la planta:

Los polvos de Pb

y PbCI2 que se desprenden hacia la

atmsfera son Es por ello que se mscara.

sumamente txicos (en especial para la poblacin infantil). deberntenerprecauciones,

como es e caso de lautilizacinde l

Para evitar esto se recomienda el uso de procesos cerrados. Habra que evitar la posibilidad causadas de que algn trabajador sufriera quemaduras calientes o bien por substancias

por soluciones custicas,

corrosivas. Enrelacin con la acidez del FeC13, no existeproblema alguno, puesto que el mismo es neutralizado con NaOH antes de su desecho. En relacin el con punto anterior, se debera vigilar el manejo de las

temperaturas del proceso, as como la seguridad elctrica, ya que las mismas pueden causar quemaduras por descargas.

27

m Aunque los clorurosnoocasionan

mayor contaminacin,resultaconveniente

cuidar las emisiones de los mismos hacia el medio ambiente.

Los trabajadores debern estar protegidos con

los siguientes dispositivos:

casco, overol, guantes y lentes protectores con el fin de evitar exposiciones alos peligros antes mencionados.

Comose

puedeapreciar, al haberenlistado los puntos anteriores, esta planta

podra considerarsecomo una planta segura debido a que no muestra otro tipo de riesgos.Sinembargo, siemprees til estar conscientede los posibles efectos

que los reactivos pueden llegar a provocar. tanto de la intoxicacin causada por el

Es por ello que se reportan detallesplomo, como la cloruro del frrico.

(FRISCO, 1996).Intoxicacin por Plomo

La intoxicacin por plomo (Plumbismo) es un proceso crnico (6enfermedad), a veces intercaladoporepisodios ocasionar irreversibles efectos (por enfermedades renalesprogresivasen sintomticos agudos recidivantes, que puede ejemplo deficiencias cognositivas

y

el adulto). Es importantemencionar que

dichas enfermedades se presentan despus deperiodoslargos,posterioresa exposicin y, por lo tanto, a acumulacin enel cuerpo.

A continuacin se presentaunatablaconelgradoderiesgos que se pueden llegar a presentar elemento:

los diferentes tipos de

en caso de estar expuestos a dicho

Clase

I

II

11 1

IV

v

28

Riesgo

Normal

Moderado Alto

Urgente

Encefalopata inminente

Hallazgos d e PbS (Sangre completa)

5 - 29

30 - 49

50 - 69

Asintomtico

Cualquier paciente con PbS > I O 0

70 - 100

Sntomas y signos: En e adulto puede aparecer una secuencia caractersticade l sntomasen un

plazo de varias semanas o ms tiempo: cambios de personalidad, cefaleas, gusto metlico, anorexia, molestias abdominales vagas que culminan en vmitos,

constipacin y dolor abdominal de tipo clico, encefalopataaguda y presin alta. Adems, puede llegar a observarse anemia hipocrnica. Por

otro lado, el

diagnstico de presuncinpuede establecerse basndose en los aspirados de mdula sea muestran que un punteado basoflico en ms de 60% de los

mormoblastos, en las pruebas urinarias para la coproporfirina y el cido &-amino levulnico. (PLUNKETT; 1980).

Tratamiento: Para encefalopata la aguda por plomo (clases

I V

, V), se recomienda

un

tratamiento combinado de dimercaporol (BAL) y EDTAclcico . El plomo ser removido del cuerpo mediante el desplazamiento del calcio del EDTA, formandoun complejo estable,

e cual ser6 desechadc en la orina. (BERKOW: 1985) l

29

Toxicidad del Cloruro frrico

En el caso de una posible ingestin de Fe& se presenta una patologa irritante,siendo los malestares ms comunes: irritacin debocayfaringe, nuseas y

vmito, gastritis hemorrgica, disnea, albuminuria y hematuria, etc.

En cuanto a los signos y sntomas causados por el contacto con el

mismo,se

pueden mencionar los siguientes: conjuntivitis, irritacin en la piel; tambin puede producir una pigmentacinpermanente cuando se pone en contacto con las reas de piel erosionada. (PLUNKETT; 1980).

3.5 Fecha de terminacin del proyecto

La fecha estimada para la terminacin del proyecto es el Esta fecha fue propuesta al considerar

mes de mayo de 1997. en

que el proyecto debe ser distribuido

tres trimestres, durante los cuales,seirndesarrollandodiferentespartesdel mismo. Para fines del primertrimestre, la propuesta consiste en adentrarseen el proceso, llevar a cabo el anlisis de la viabilidad del mismo. Para fines del segundo trimestre desarrollo experimental para el conocimiento de variables de diseo. Para fines tercer del (Rentabilidad). trimestre diseo de la plantaIngeniera e econmica

30

4. Revisin de procesos existentes y sntesis preliminar

de nuevos esquemas de procesamiento

4.1. Procesos existentes (literatura)

Para los fines de este proyecto se

busca comparar dos

procesos; uno,

ya

existente, la fundicin, y el otro, el proceso propuesto para la obtencin del plomo a partir de la lixiviacin del concentrado de galena. As, mediante el proceso de

fundicin se extraen varios tipos de metales (tanto preciosos como no preciosos) a partir del mineral provenientede las minas. Lo anterior se apoya en que, tradicionalmente, el del mineral galena en un alto horno a plomo se obtiene de la fusin

temperaturas sumamente elevadas

(aproximadamente de 1300 "C). Sin embargo, eseprocesoespotencialmente contaminante debido a la produccin de grandes cantidades de SO2, lo que obliga a la construccin de una planta de cido sulfrico para la transformacin de este gas txico en H2S04. De ah que, desde hace aproximadamente veinte aos, se realizado han

investigaciones de una ruta hidrometalrgica (alternativa) para la recuperacin de plomo. Dicha consiste la ruta en lixiviacin concentrado galena del de soluciones acuosas de clorurofrricoy cloruro de sodio; lacristalizacin con de

cloruro de plomo y la electrlisisde esta sal para producir el metal puro. Cabe mencionar que las ventajas del proceso residen tanto en la reduccin de

emisiones de plomo hacia la atmsfera (altamente txico), como en la eliminacin de la generacin del

SO2 . Esto se debe a que en presencia de FeC13: el PbS

31

reacciona para formar azufre elemental (So) y no ocurre el desprendimiento de gases como el SO2. La operacin de fundir

un concentrado en un horno de fundicin, es el mtodoEste

clsico mediante el cual se obtieneun metal apartir de suconcentrado.

concentrado es el resultado de un proceso de flotacin de sulfuros, en el que se obtiene el metal en mayor concentracin, en forma de sulfuro, por medio dela

formacin de una espuma selectiva. Un detalle interesante a mencionar es el hecho de que el nombre de este proceso en ingls es smelting, el cual difiere del trmino de fusin, melting solamente en unaS,

la cual podra implicar, adems de un cambio fsico, un cambio qumico.

AI hablar de tal cambio qumico se hace referencia a la ocurrencia de la reaccin

del xido del metal con la ayuda de carbn, o bien, mediante el uso de una serie de reacciones oxidacin-reduccin. Para originar una velocidad de reaccin alta, se emplean reacciones slido-gas del tipo:

M0 + CO ------ M + COZ

co*+ cdonde M es el metal deinters.

2co

Por lo general, este proceso se lleva a cabo utilizando el sulfuro de plomo. Dicho sulfuro, no puede ser alimentado directamente al horno, ya que no es reducidoa plomo

adecuadamente porel carbn. Para poderllevaracabolareduccin

metlico, se requiere una calcinacin o sinterizacin que disminuye el contenido de azufre a menos de dos porciento. En relacin con la reaccin especfica para el caso de la obtencin del plomo se reporta lo siguiente:

32

PbS + 0

2

------- Pb + SO2

La reaccin anterior indica que una vez formado el xido proveniente del sulfuro inicial, el mismo reacciona con oxgeno para la obtencin del plomo metlico y de dixido de azufre, el cual es liberado en forma de gas. En lo que respecta a los equipos indispensables para llevar a cabo la fundicin, la unidad utilizada con mayor frecuencia es el alto horno. Este tipo de horno

consiste en una pieza larga y estrecha, de 15 a 30 ft. de largo y 5 ft. de ancho. Estos hornos suelen estar recubiertos ya sea de ladrillo refractario (en sus partes superiores) o de acero (enfriado por agua); Se encuentran abiertos en su parte

superior para permitir el escape de los gases, los cuales son conducidos desde el horno hasta un dedal, (que en s, vendra siendo un FLUE con el fndo abierto paraadmitira

los gases provenientes del horno) el cual se prolonga

hacia los

lados del horno para permitir la recoleccinen un FLUE exterior al mismo. Es por ello que, una medida importante para evitar que el humo escape hacia la atmsfera, es elhecho de que laparte superior deldedalestabierta para

permitir la entrada de aire, el cual es inducido desde la parte superior de la carga hasta la parte baja deldedal.

Los hornos se alimentan por la partesuperior, por una mezcla del xido del metaly de coque; y por la inferior (por

las toberas), por corriente una

de aire.

Posteriormente, el metai ya fundido es recolectado en compartimentos similares a albercas, mientras que los gases SOz, N2,CO y COZ abandonan el horno por la parte superior, llevndose con ellos parte de polvos finos y de vapores, los cuales debern ser recuperados posteriormente. En cuanto a las impurezas en el concentrado del metal, las mismas son cual est

absorbidas en la

en parte del baja horno, la ganga o escoria la

33

conectada desde la parte superior del rea de recuperacin del xido del (alberca).

metal

Es porello

que los flujos son alimentados en laparte

superior del

horno para permitir que la ganga entre al horno y que la misma se mantenga en estado lquido a la temperatura que prevalece en la parte inferior delmismo.

34

35

En l que concierne a los requerimientos de energa del proceso, se sabe que la o reaccin (1 ) no provee elcalor comn utilizar carbn en suficiente parala segunda (2), por lo quees

exceso (para que la quema del mismo proporcione el

calor requerido). Por otro lado, el azufre, suele transformarse en un xido, gases de SOz, los cuales abandonan el horno por la parte superior. Posterior al calcinado, se forma un aglomerado de las partculas finas para que las mismas permitan que los gases fluyan hacia la parte superior del horno. Se agregan, tanto el coque como otros flujos en diferentes proporciones

(principalmente se utilizan flujos de: silicatos, fierro metlico, ganga recirculada y carbonato calcio), de para reduccin,a ganga. De ah, tanto el metal como la ganga se escurren en un compartimento, en el que se lleva una a cabo separacin, debido a diferencia una de gravedades favorecer el sinterizado,

o bien, para

facilitar la metal dela

temperaturas razonables, para laseparacinfinaldel

especficas (el plomo lquido tiene una gravedad especfica de 10 mientras que la ganga tiene una de 4). Es comn que el proceso de escurrimiento sea por lotes, aunque ya ha habido propuestas continua. Es as como surgen una serie de propuestas para el tratamiento de la ganga final; entrelas quese encuentran mandar este productoaunafundidora de zinc para que el mismo se realice de manera

(siempre y cuando la ganga tenga contenidos altos de zinc y el mismo pueda ser recobrado en forma de xido de una manera sencilla), o bien, simplemente arrojarlo al vertedero. En cuanto al metal de inters, el mismo es depositado en contenedores, para la eliminacin posterior de impurezas de cobre, para su final envio a las refineras. Por ltimo, cabe mencionar que los gases san enfriados mediante un proceso de

disolucin, radiacin de FLUES o mediante la inyeccin a presin del

agua, para

que los mismos puedan ser enviados a lugaresen los que se recoleta elhumo. Por ltimo, en relacin con la efectividad del proceso, la misma est relacionada

con la mxima tasa de produccin del metal y depende de la disminucin en las prdidas de plomo en Paraellose la ganga y de, a su vez. un consumo mnimo de coque. que los la

han tratadode trabajar los hornosconoxgeno,debidoa consumo de coque y tambin incrementan

mismos ayudanreducir a el velocidad de fundicin. Por otro lado, se pueden

mencionar algunos tipos de hornos: hornos

elctricos,

hornos en los que se substituye el proceso de calcinado por otro consistenteen la transformacin de los sulfuros a otras especies (para la alimentacin al horno),1985). hornos de combustible o de gas, hornos de reverbero, etc. (WEISS,

Blast Furnace

m

38

Parapoderrealizaruna

comparacin entrelosprocesos

se haruna

somera

descripcin de la lixiviacin del concentrado de galena con cloruro frrico para la obtencin de cloruro de plomo y azufre. A continuacin, y con describir mencionado el misma: PbS + 2 FeCI3 ------ PbCI2 + 2FeCI2 + So Aunque la conversin en esta reaccin es elevada, la solubilidad del cloruro de plomo es baja. Las condiciones en las cuales se llevara a cabo un porcentaje de extraccin alto para el proceso (que el 99% del PbS se transforme y se solubilice) seran trabajar a una temperatura de 100" C por aproximadamente 15 minutos. lixiviante -que contiene FeCI3 en exceso msNaCIproceso de la lixiviacin, el propsito de reaccin

se presentar la

Posteriormente, la solucin

disuelve el PbCI2, dejando un residuo de S y de inertes (ganga). De ah se efecta una filtracin, de la cual se separa el residuo de la solucin

lixiviante. Dicha solucin se deja enfriar para propiciar la cristalizacin de PbCI2, misma que se obtiene con un alto grado de pureza. Posteriormente, la electrlisis con la sal fundida99.94%.

conduce a la obtencin del plomo con una pureza

mayor al

A su vez, la solucin lixiviante es regenerada (recirculada) para su uso posterioren el proceso: 2FeCI2 + C12 Cabe mencionar que la

------ 2 FeCI3

reaccin suele ser llevada a cabo con el cloro obtenido

durante la electrlisis del PbCI2. Otras impurezas metlicas como Ag, Cu, Zn y S* se obtienen mediante el tratamiento posterior de l solucin lixiviante. a

39

El procesopresentara

varias ventajas si se trabajaracon

Fe2(S04)3, pues se

forma el PbS04insoluble, haciendo posible la extraccin de la mayor parte de las impurezas mientrasel tratado despus). plomo se queda como precipitadoinsoluble(el cual es

Sin embargo, la velocidad de reaccin se ve incrementada al

utilizar PbS con FeCI3 , adems de que el producto de la lixiviacin se presta para la electrlisis. Para tratar de optimizar el proceso se realizaron varias pruebas acerca de los variaciones de los parmetros de operacin las propiedades analizadas fueron: tamaode estas pruebas se concluyquelalixiviacin sobre el partcula, de la

efectos que producen las proceso.Algunasde temperaturayacidez.De

galena durante 15 minutos era benfica. AI incrementar la proporcin de Feel3 a PbS no se observa efecto alguno en la tasa de reaccin y se tiene un efecto mnimo en la extraccin del resto de los

metales. En relacin con la temperatura, el calentamiento no slo incrementa la tasa de reaccin sino que mejora las caractersticas del filtrado del residuo de la solucin lixiviante. Por ltimo, referente a la acidez, se encontr que al bajar el pH se incrementa la velocidad de la reaccin. Se concluy que las condiciones ptimas obtenidas de talesestudios son: el concentrado deber ser tamizadoal 90%

- 325 mesh y

deber ser lixiviado con la100" C. (HAVER, 1976).

cantidad terica de FeCI3 por un lapso de 15 min. a

40

4.2 Condiciones de operacin de los diferentes procesos

existentesEl primer proceso a describir consiste en el uso de una solucin lixiviante de 400g. de FeCI3 6 H 2 0 con 2 It. de una solucin saturada de NaCl y de PbCI2. Con

tales cantidades de (HAVER, 1976)

solucin se tratan aproximadamente 200 g de concentrado.

Concentrado de Galena

FeC13NaCI soluc. lixiviante 7

C12 fresco

1

GTorre de Absorcin

-c12Y

m

a

.1: .. _;=

Celda eledrolitica

VCristalizador

Centrifuga

El diagramamuestra

la secuencia a seguir para llevar a cabo este proceso. tanque de lixiviacin en

Como se puede observar, el concentrado se envaal

donde permanecer el tiempo adecuado para completar la extraccin; de ah es pasado por un filtro y la solucin proveniente cristalizador despus de haberla enfriado. del mismo se manda a un

El producto del cristalizador se enva a una centrfuga de l cual, la corriente alquidasedirigehaciala torre de absorcin y la otra (slida) hacia la celda electroltica. De la celda se obtienen tanto el plomo metlico (producto deseado),

41

como una corriente de Clz, la cual se dirige hacia la torre de

absorcin para la

regenerar y recircular lasolucin lixiviante hacia el tanque de lixiviacin:

2 FeCI2+ C12 ------ 2 Fe&Por su parte, las cantidades de materias primas y productos obtenidos a partir de este proceso serefieren a que los 200 g.de concentradoproducen 182 g. de PbCI2, a 100 "C en 2.5 It. de solucin de FeCI3/NaCI. Para corroborar la efectividad de estas cantidades se realizaron varias pruebas, las cuales demostraron que dicha efectividad no decreca con el tiempo. Adems, las mismas indicaron que el contaminante principal en la solucin lixiviante era el Zn. En el producto no se registraron contaminantes mayores, aunque se detect la

presencia de una capa fina de anglesita (PbS04) como producto de la oxidacin. Este contaminante fue removido de la solucin puesto que acarrea problemas a la etapa de electrlisis. Una vez terminadas todas las pruebas se ha determinado que se podan obtener aproximadamente 1.352 g de Pb con una eficiencia de 95% y un requerimiento de energa de aproximadamente 0.30 kW-hr/lb.

En relacin con el ya mencionado consumo de energa, se puede decir quela mayor parte del lixiviante. mismo es ocasionado por el calentamiento de la solucin gas natural para llevar cabo a el calentamiento, se

Si se utilizara

necesitara una alimentacin de calor de .aproximadamente 1,825 BTU/lb de Pb, con un costo de aproximadamente $ 0.002 dlls. Por otro lado, a pesar de que se requieren grandes volmenes de la solucin lixiviante (14 m3/ton de concentrado, debido a la baja solubilidad del PbCI2), el tiempo de lixiviacin es corto, por lo que los equipos tienen un tamao razonable.

42

Para terminar la descripcin de este proceso, se reportan los porcentajes en peso de cada uno delos metales recuperados en el residuo finalizar la operacin: al METAL Pb PORCENTAJE 99.9 89.3 cu Zn Sb Cd 3.6 95.8 73.5 92.7

Estos porcentajes se obtuvieron considerando el anlisis de 2 Kg de concentrado,

la lixiviacin de los cuales produjo 464 g de residuos. Adems, es importante mencionar que los slidos restantes contenan 222 g (47.8 Otro procesoregistrado mediante el uso deOh)

de So. llevado a cabo (Pb02) y cido

en la literatura (LEE Y., 1986)esel

agua oxigenada (H202), xido de plomo

fluoslico (H2SiFs reutilizado, a 95 "C) para producir una solucin de fluosilicato de plomo (PbSiFs) y un residuo rico en So; este producto es sometido posteriormente a electrlisis a 35C para obtener un 99% de metal de Pb y H2SiF6. Por ltimo, se recurre a una extraccin de S? dejandounresiduodeCu y Ag, entre otros

metales. De ah la importancia de reportar la reaccin correspondiente:

43

Despus de la separacinslido-lquido

se obtienen tanto el PbSiF6 como

el

residuo rico en S. De ah que se efecte la electrlisis de la solucin de PbSiF6 a 35 C, para producir el Pb metlico y el H2SiFti: PbSiF6 + 2H + 2e- ----- Pb + HzSiF6

El H2SiF6 es recirculado para la lixiviacin posterior del PbS y el azufre se recobradel residuo mediante el mtodo de extraccin de solventes.

AI igual que el proceso anterior, este se caracteriza por la eliminacin tanto deemisiones de SO2 como de Pb. Por lo cual sera ventajoso ponerlo en prctica para obtener Pb metlico. E diagrama siguiente muestra el proceso mencionado l anteriormente:

Oxidante

Concentrado de Galena

Celda electrolitica

Electrolito

_ .lixiviacin Metal de Pb (99.99%]Lixiviado (PbSiF6 + H2SiF6) Filtrado

Solvente

Residuos +

- .- . _ . --_ -- ... . __ - -. - - T . .

Solvente con S

S

Este diagrama incluye procesos tales como la lixiviacin oxidante, la electrlisis del Pb, elusodel carbn activadoparaeltratamiento de los electrolitos y la

remocin de S mediante extraccin con solventes.

44

Para comenzar, se mezclan en el tanque de lixiviacin el concentrado de galena, eloxidante (Pb02), el H2SiF6ylacorrienteprovenientedeltanque con carbn

activado. La corriente se pasa a un filtro, mismo que separa la solucin de slidos (el S y los residuos) que se mandan a un tanquede

los

extraccin por

solventes, sacando as por un lado los residuos y por el otro el S (que an incluye solvente). Este azufre es filtrado y

los solventes se recirculanal

tanque de

extraccin por solventes. Por otro lado, la filtro se enva separacin del corriente lquida (una solucin de H2SiF6+ PbSiF6) del primer directamente a la celda electroltica en Pb metlico. la que se lleva a cabo l a

La solucin electroltica restante

se trata en un operacin, se

tanque con carbn

activado y la solucin obtenida mediante esta

enva de nuevo al tanque de lixiviacin. Porotrolado,a pesar de que no es exactamente el mismo proceso que se presentar las

considerar fines para

de este proyecto, cree se importante

reacciones comunes para l lixiviacin del PbS en solucin cida: a PbS + 2H' + % 02----- Pb" + Sg+ H20 PbS + 8H' + 4 O2 ----- PbS04 + 4 Hz0 PbS + 2H'

(A)(B)

----- Pb2' + H2S

La reaccin A muestra que la lixiviacin oxidativa del PbS dar como productos el Pb en forma de sal y azufre elemental, mientras que la reaccin B sugiere que el PbS04 se formar siempre y cuando el potencial redox de la solucin sea muy alto. AI contrario de la anterior, la reaccin C, indica que el H2S ser resultado de la lixiviacin siempre y cuando el potencial sea muy bajo.

45

4.3 Posibilidades de innovacin y/o modificacin de los procesos

ya existentesEn este apartado se busca mencionar las diferencias entre

los procesos ya

existentes y el proceso elegido para el desarrollo del proyecto. En relacin con el primer proceso (HAVER, 1976), el mismo difiere en que despus del primer filtro (que existe en ambos procesos); en deunacementacin

e proceso propuesto, el mismo est seguido l

(precipitando Ag y Cu), y posteriormente se recurre a la

cristalizacin; mientras que en el otro, se procede directamente a la cristalizacin. En cuanto a la celda electroltica, en el proceso elegido no se utiliza debido a que se obtiene directamente como producto final el PbCI2, Otra de las diferencias radica en que la torre de absorcin se ha substituido (en el proceso propuesto) por la etapa de regeneracin, en la que se requieren mayores cantidades de C12 para obtener la nueva solucin lixiviante a recircular. En relacin con el proceso que utiliza el H2SiFs (DUTRIZAC, 1984), uno de los

problemas ocasionados por el mismo, reside en que las reacciones involucradas no llegan a su totalidad, provocando bajas conversiones de los productos deseados.Unade las soluciones para dicho problema sera elevar la presin,

aunque esto implicara un incremento en los costos del proceso. Adems, una de las reacciones produce un gas txico, H2S, lo cual provoca un alto riesgo en su manejo. Encuanto a las etapas de ambos procesos, se observan varias diferencias,

siendo una de las ms notables el uso de carbn activado para el tratamiento de

los electrolitos (DUTRIZAC, 1984), a diferencia del proceso propuesto en e que lno se requiere esta etapa puesto que no se utiliza la celda electroltica. Por otro lado, se hace uso de solventes en la extraccin para la remocin de S.

46

Por ltimo, es de suma importancia sealar que la mayor innovacin del proceso elegido consiste en el uso de la lixiviacin selectiva en lugar de la fundicin. Lo anterior se propuso debido a que se buscaba encontrar un proceso mediante el cual se eliminara la generacin de gases txicos y el alto costo que el tratamiento de los mismos representa. requerimientos energticos Asimismo, se busc una opcin en la que fueran ms bajos, teniendo en cuentalos

las

temperaturas tan altas requeridas por los hornos para llevar a cabo la fundicin.

4.4. Seleccin de un proceso o desarrollo de nuevos esquemas de

procesamiento

A continuacin se proceder a comentar el proceso propuesto para la obtencin

de Pb apartir

de lalixiviacin

de concentrado de galena.

Para comenzar la

descripcin del proceso: es importante sealar el tratamiento previo para obtener el concentrado de galena a utilizar en la lixiviacin selectiva.

El mineral extrado de las minas es triturado, pasado por una etapa de molienda,luego es sometido a flotacin y por ltimo, en caso de as requerirlo, suele ser espesado, filtrado y secado. Partiendo del mineral (que contiene PbS, ZnS, Cu2S, FeS,CuFeS, Ag2S, cuarzo, ganga), el mismo es transportado a la planta de

flotacin en la cual se realiza un proceso de lavado en tanques que contienen una solucinjabonosa preparada abasede colectores que rodeanala galena y otros sulfuros, atrapando la misma, causando as que la misma flote con burbujas de aire y termine en forma de espuma. Cuando se l e extraen los minerales de la espuma se obtiene un concentrado que se denomina bulk. Posteriormente, se somete el bulk a una nueva flotacin con reactivos que selectivamente flotan la galena, obteniendo como producto el concentrado primario. (FRISCO, 1996).

47

En cuantoa

los problemas referidos en los procesosantes

mencionados, es

importantesealar que, en algunoscasos por intercrecimientomineralgico,el PbS y el ZnS no se pueden separar en la flotacin, lo cual acarrea fuertes costos debidos a los "castigos" del proceso de fundicin. Una vez obtenido el concentrado de galena, se procede a introducir el mismo al tanquedelixiviacin selectiva.

Es importantemencionarque

esta etapa est como la molienda

relacionada con las anteriores, puesto que tanto la trituracin

de los slidos acelera la accin de lixiviacin al permitir un mayor acceso al disolvente a las porciones solubles. Adems, cuandola substancia soluble se encuentradistribuida

ms o menos

uniformemente en el slido, la lixiviacin suele proporcionar canales para el paso del disolvente fresco, para dar lugar a las siguientes reacciones caractersticas de la lixiviacin:

Despus, se procede a separar el producto de dicha lixiviacin, un lechado slido-lquido, por cualquiera de los procesos de separacin existentes. En este caso recomienda se mantener alta operacin fueron usar filtrado temperaturas a mayores a los 8OoC, para solucin. Los productos de la

la solubilidad de plomo en la una corriente slida (la

cual se desecha o se contina

48

procesando para recuperar otros metales) y una lquida, la cual es sometida a una cementacin con plomo metlico con el fin de separar los siguientes metales: Agy

cu.producto obtenido, a las mismas condiciones especificadas para el

Sefiltrael

filtrado anterior. Asimismo, se obtendrn dos corrientes, de las que se mandar a purificacin la cristalizacin. Serecomienda dicha operacin aunatemperatura de 25"C, para favorecer la slida y la lquida ser enfriada para poder llevar cabo ala

formacin de la mayor cantidad de cristales de buen tamao y de caractersticas ptimas. Despus, se envia la mezcla a otra filtracin para separar los cristales de cloruro de plomo contenidos en la misma.

Es entonces cuando se utiliza una etapa de regeneracin de la solucin, para suuso posterior recirculacin al tanque de lixiviacin. Esta consiste en una oxidacin del in ferroso a frrico por la reaccin de cloro. AI igual que en la cristalizacin, se recomienda realizar la regeneracin a 25C dado que absorcin de C 2se favorece a bajas temperaturas. 1 Posteriormente, se procede a calentar hasta 80C la solucin regenerada la

mediante la introduccin directa de vapor sobrecalentado, alimentado a la misma corriente. Esentoncescuandola solucin obtenida se hace recircular hacia el tanque de lixiviacin. En dicho trayecto se reponen los reactivos consumidos 6 salidos del sistema, NaCl y FeCI3. (FRISCO, 1996).

49

4.5 Reacciones y diagrama del procesoA continuacin se hace referencia a las reacciones involucradas reacciones de lixiviacin. cementacin, electrlisis y regeneracin.Lixiviacin

en el proceso:

0

PbS ZnS Ag2S

+

2 FeC13

+ FeCI3 2

+

FeCI3 2

___3______)

PbC12 ZnCI2 2AgCI 2CuCI

2 FeCI2 2 Feci2 2 Feci2 2 FeCI2

+ +

S OS O

+ +

S O So

cu2s + FeCI3 2

0

Cementacin

Pb Pb

+ AgCl 2 +2 CUCI

+ -

2Ag 2

++

PbC12 PbC12

cu

Electrlisis

PbC12

Pb

+

CIZ

50

0

RegeneracinFeClz + 112c12

-

Fe&

Adems se presenta el diagrama de flujo, indicando cada una de las operaciones unitarias requeridas para lograr obtener el plomo a partir de la galena, as como las corrientes involucradas. Es por ello que se hace una pequea descripcin de las composiciones de cada una dedichas corrientes. Para comenzar, se menciona que en la corriente 1 se alimenta el producto de las flotaciones, es decir que se trabaja con el concentrado de galena. Una vez que el mismo ha sido lixiviado, la corriente 2 se pasa a un filtro, en el que se separan las fases lquido y slido.

La solucin proveniente de dicho filtrado (corriente 3) es sometida a una etapa de cementacin con plomo metlico (corriente 5) con el fin de separar la plata (Ag) y el cobre (Cu). Despus de

la cementacin, se vuelve a filtrar

(corriente 6)

recuperando de nuevo la parte slida (corriente 8) y enfriando la lquida para el siguiente proceso (corriente 9). Para continuar se realiza una cristalizacin, la cual se ve favorecida al emplear temperaturas aproximadamente de

25" C.

Despus haber de

obtenido los

cristales deseados (corriente 1O), se procede a un nuevo filtrado (corriente 12) al cual se le aade C12 (corriente 13) para favorecer la regeneracin de la solucin lixiviante (al igual que en los otros filtrados, el slido es cosechado en la corriente11).

51

La solucin regeneradaesenviada

al tanquede

lixiviacin para tratamientos

subsecuentes. El producto de esta etapa (corriente 15) es calentado hasta 80" C por intercambio de calor. De ah que la solucin lixiviante sea recirculada al mismo una cantidad

(corriente 16), mencionando deber que agregarse necesariadeH20(corriente

14) ,FeCI3 (corriente 17) y de NaCl (corriente 19)

previo a la llegada de la solucin al tanque de lixiviacin (corriente 20).

80 o cI

CEMENTACI~N

CRlSTALlZAClON

A pesar de que en el diagrama no se contempla la electrlisis que se realizar en

la parte experimental, se hace mencin de la gran utilidad del cloruro de plomo (PbCI2) para la obtencin del Pb en su forma metlica a partir del producto de la lixiviacin.Es importante remarcar el hecho de que lo que se pretende mediante eldesarrollo1 de este proceso es comparar dos procesos; uno, ya existente, la fundicin, y e

52

otro, el proceso propuesto para la obtencin del plomo a partir de la lixiviacin del concentrado de galena. As, mediante el proceso de fundicin se extraen varios tipos de metales (tanto preciosos como no preciosos) a partir del mineral proveniente de las minas.

Lo anterior se apoya en que, tradicionalmente, el plomo se obtiene de la fusindel mineral galena (aproximadamentede en un alto horno a temperaturas sumamente elevadas1300 "C). Sin embargo, ese procesoes

potencialmente

contaminante debido a la produccin de grandes cantidades de SO2, lo que obliga a la construccin de una planta de cido sulfrico para la transformacin de este gas txico en H2S04. De ah que, desde hace aproximadamente veinte aos, se han la lixiviacin del concentrado de realizado

investigaciones de una ruta hidrometalrgica (alternativa) para la recuperacin de plomo. Dicha consiste ruta en galena con soluciones acuosas declorurofrricoy cloruro de sodio; la cristalizacin de

cloruro de plomo y la electrlisis de esta sal para producir el metal puro. Cabe mencionar que las ventajas del proceso residen tanto en la reduccin de emisiones de plomo hacia la atmsfera (altamente txico), como en la eliminacin de la generacin del SO2 gases como el SOz..

Esto se debe a que en

presencia de FeCI3, el PbS

reacciona para formar azufre elemental (So) y no ocurre el desprendimiento de

53

4.6 Fuentes de materias primas y su calidadLa principal fuente de obtencin de materias primas es la mina que se encuentra en la poblacin en la cual se desea establecer la planta piloto, (junto a la planta deRealdeAngeles, Zacatecas).

Es importante comentar que los principales

productos extrados de esta mina son: plomo, plata, zinc y cadmio. En relacin con la calidad de la materia prima, la misma es tratada mediante una

serie de procesos preliminares para poder utilizarla en el proceso de inters en la forma deseada, primario.

E l

primero es la trituracin; posteriormente, se manda a un proceso de molienda ah que, dependiendo del nmero de

para facilitar la posterior flotacin. De flotaciones, se obtengan: la materia bulk (1 flotacin), el primario (2 flotaciones) y el secundario (3 flotaciones).

Por ltimo, se enva a los procesos espesamiento, de filtrado muestra un diagrama con los procesos mencionados). Se

y secado (se reportan las

composiciones de los metales en losconcentrados, bulk, el primario y secundario: METAL Pb BULK SECUNDARIO PRIMARIO12%

28%

63.5%

54

Zn cu Ag

2.7%0.5%

2%0.2%

2.5%

-500 ppM'URACIN1

700 ppM

TRATAMIENTOS PRELIMINARESA LA LIXIVIACI~NMOLIENDA

ESPESAMIENT'O, FILTRADO Y SECADO

m

-

iFLOTACI~N

4 3

7

AGLOMERACION

En cuanto a las caractersticas dela

materia prima, sulfuro de plomo (PbS),

comnmente conocido como galena, es de forma cbica hexaquisoctadrica. La estructura se asemeja a la del cloruro de sodio: cada tomo de Pb est

circundado por seis tomos de S en coordinacin octadrica y viceversa. Por lo general se presenta en cristales cbicos y octadricos, a veces de discretas dimensiones, o bien en masas compactas o granulares, de peso

55

especfico iguala 7.5 ydedurezaiguala

2.5. Encuantoa

su color, el mismo

tiende a ser gris plomo con brillo metlico. Lo anterior se debe a que la galena contiene cantidadesnodesdeables dicho material (galena argentfera). En referencia con su comportamiento en presencia de otros minerales, la misma suele alterarse confacilidad en presencia de minerales secundarios como la de plata, por lo que constituye mena de

cerusita y la anglesita, que la acompaan casi constantemente en sus depsitos. Por otro lado, es un tpico producto de deposicin de soluciones hidrotermales. Por lo general seencuentraen vetas, en varios tipos derocas, en especial

sedimentarias como las calizas. (Galena, 1980). Adems del concentrado de galena se requiere de reactivos tales como: FeCI3 y NaCI. En cuanto al cloro

(elz), adicionado en exceso, obtenido

de tales cloruros

ser utilizado para regenerar FeCI3 para su rec;rculacin como solucin lixiviante (FeCI3-NaCI). Porlo regular estos reactivos se consiguen en drogueras, tales

como la Droguera Cosmopolita, Merck de Mxico, Reactivos Qumicos Monterrey, Bayer, etc. La calidadde cada uno de

los mismos ser reportada mediante la

siguiente tabla de caractersticas de pureza y contenido de otras substancias:

CARACTERSTICAPM Pureza PH

FeC&6H20g/mol 99.28 % 2.18

NaCl58.43 g/mol99.5%

30

5-8

56

En relacin con los costos de los reactivos, se consult a Cosmopolita. Los resultados fueron los siguientes:REACTIVO

la Droguera

PRECIO PUREZAIndustrial puro

(+ IVA)$ 0.187 Dls / Kg$ 0.05 D M Kg

FeCI3. 6Hz0 Grado NaCl

Cabe mencionar que, en avances posteriores, se requerir tener el precio de los reactivos por tonelada y no por kilogramo. Dicho factor se ha considerado y se incluir en el trabajo posteriormente.

4.7 Productos y subproductosLos productosobtenidoseneste proceso son los siguientes: cloruro de plomo

(PbCI2), el cual ser separado por medio de una electrlisis para poder obtener plomo puro (una parte del mismo es recirculado para el proceso de cementacin). Conrespectoaposibilidades de innovacin, en cuanto aestos productos se

refiere, se podra recomendar vender directamente el PbCI2al mercado.

Por otro lado, los subproductos obtenidos son: plata, plomo, cobre y zinc (aunqueeste ltimo es considerado como contaminante) provenientes de la cementacin (cabe mencionar que una opcin para su separacin es l fundicin). Asimismo, a

como residuos de desecho se obtienen ganga y azufre elemental (por l regular o suele ser almacenado o inclusive devuelto a la mina) provenientes de! filtrado.

4.8 Contaminantes en los desechos y en los productos

E principal contaminante en los productos y en el circuito es el Zn. La cantidad ldel mismo, es determinada el por tiempo de lixiviacin puesto que, aunque

57

tiempos cortos de considerartiempos lavado.

lixiviacin reducen decontacto

de no prctico la extraccin zinc! es

menores a 30 minutosdebidoalaetapade

Por lo general estas impurezas suelen solventes, siendo el extractante elegido

ser tratadas mediante extraccin

por

el DEHPA,a pesar de que el mismo es

poco selectivo en presenciade un exceso de in frrico.

Por otro lado, en el proceso, otro de contaminantes los

ms importantes es elFeC13 cuando hay una purga El mismo es causante de serios problemas ambientales segn lo especificado por las instituciones ecolgicas.

El procedimiento ms utilizado para la neutralizacin delmismo (segn las normas), consiste en la titulacin consosa, aunque en realidad ms econmico neutralizarlo es

saturndolo concal, para precipitar xido de fierro.

58

5. Experimentacin

5.1. Marco conceptualComo parte de todo proyecto se debe realizar una etapa de evaluacin del mismo en la cual debe incluirse un laboratorio. apartado para . la experimentacin a escala serie de

Esta etapa es de gran importancia ya que revela una

parmetros (propiedades fsicas, la determinacin de la cintica datos de equilibrioposibles y

de la reaccin,

condiciones de operacin, entre otros) a ser antes de comenzar a

considerados, si se desea llevar el estudio a planta piloto pensar en construir la planta industrial.

En el caso del proyecto de lixiviacin de galena con cloruro frrico para la obtencin de plomo, se pretende obtener una serie de datos que son necesarios en la siguiente fase, aqu recopiladospara el diseo de la planta. En esta etapa se tomarn los datos poder caracterizar los equiposa emplear, es decir, se

usaran los resultados experimentales para dar mayor credibilidad a la ingeniera de detalle. Asimismo, las condiciones de operacin determinadas durante la experimentacin servirn para implementar las variables de operacin ptimas en el proceso real. Adems se podr simular la planta, por medio de lay-out (planeacin del acomodo de todas las reas de importancia dentro de la planta), facilitando, a la determinacin previa necesarios. Por ltimo, cabe mencionar que es por todo se puede prescindir experimentacin. de los requerimientos de- energaservicios y vez, la externos

l anteriormente mencionado que no o

de un anlisis detallado de los resultados de la

59

5.2. Calendario de la experimentacinEnrelacinalesquema acuerdo con plan el semanas: SEMANA de trabajo, la siguiente planeacin es aproximada de trimestral, contemplando la duracin del mismo en 12

1

Aprendizaje del manejo del espectrmetrc de absorcin atmica

2

Fusiones y caracterizacin de la muestra de concentrado

3

1 LixiviacinO

4Y5

Optimizacin de la Lixiviacin Cementacin Optimizacin de la cementacin

a9a12

Cabe sealar que debido a algunas dificultades en la experimentacin, fue imposiblecompletar el esquema de trabajo planteado en un inicio. Es por ello que se mencionan las actividades pendientes por realizar: Electrlisis

0

60

O

Escalamiento a planta piloto

A continuacin, se procede a presentar los objetivos de cada una de las fases de

Oexperimentacin propuestas con desarrollo del proyecto.

el fin de

esclarecer su utilidad dentro del

1. Espectrometra de absorcin atmica

Este es un mtodo que

consiste en el anlisis de

soluciones muy diluidas

mediante el uso de una solucin de compuestadeacetileno-aire

referencia, la cual es esparcida a una flama

o de acetileno-xido nitroso,que en ese instante,

provoca que se liberen los tomos y que los mismos sean excitados. Es entonces cuando esa energa se registra y se pueden analizar los rangos de absorbancia contra los de concentracin para poder cuantificar las cantidades de cada metal presente en la solucin estudiada.

2. Fusin

Este mtodoseutilizacon concentradodegalena

el finde

preparar soluciones diluidasa

partir del

(PbS). Se funden los slidoscon la finalidad de poder

conocer las composiciones de los metales presentes en el concentrado mineral y con ello poder predecir la cantidad de los mismos en las corrientes del proceso. Tambin se puede conocer la cantidad de las impurezas que estarn presentes

en cada una de las corrientes as como en la solucinlixiviante. Una vez elaboradas las soluciones antes mencionadas, se procede a realizar un anlisis de las mismas mediante los espectros de absorcin atmica previamente descrita. Esta operacin consiste en tomar muestras del slido en crisoles, los

61

cuales sern sometidos a fusin en hornos, obteniendo as un lquido del cual se podr preparar la solucin requerida.

3. Lixiviacin

En esta etapade es gran

importancia optimizar las conversiones de las

reacciones anteriormente sealadas, haciendo nfasis en las reacciones del Pb y delZnyaqueunade estas corresponde al productode inters y la otraal

contaminante principal del proceso. Parallevaracabo las diferentes pruebas se propone realizar la lixiviacin a

temperatura constante en un bao mara utilizando agua; aunque esto presenta una limitacin considerable ya que no se alcanzan temperaturas mayores a85" C. debido a la presin atmosfrica del D.F. (aprx. 585 mm Hg.).

4. Optimizacin de la lixiviacin

Uno de los objetivos de la optimizacin de la lixiviacin es minimizar la presencia deimpurezas en la solucin lixiviante (misma que es regenerada durante el proceso para disminuir el consumo de algunos de los reactivos). Es por ello quese busca instrumentar nuevos mtodos para la remocin de dichas impurezas de

cobre, sulfato, magnesio, calcio y de zinc en la solucin lixiviante.

5Cementacin

Laetapa

de cementacin, dentro delprocesoglobal,serefierea

un mtodo

mediante el cual al introducir Pb metalico en excesc en la corriente 5 se hace que

62

se precipiten cantidades estequiomtricas de Cu y Ag con base en las reacciones anteriormente mencionadas. Es por ello que en esta etapa se recupera una parte de las impurezas metlicas existentes en la solucin.A nivel experimental, esta operacin no presenta un resultado satisfactorio , ya

que las cantidades de materia prima que se utilizan son relativamente pequeas (alconsiderarun

litro desolucin lixiviante), por lo cualsetienen

cantidades

insignificantes del resto de los metales. No obstante eso, se puede monitorear la cementacin desde los cambios en las concentraciones de estos metales en la solucin. Esto es relevante en el anlisis a nivelplantapiloto

, yaquea

esa

escala se recuperan cantidades considerables de los metales antes mencionados.

6. Electrlisis

Esta separacin se realiza por medio celdas de

electrolticas en las que se

deposita el compuesto fraccionado y se lleva a cabo una separacin por afinidad en los electrodos (catodo anodo ). Debido a que en la corriente 11 se obtiene PbC12 , se hace uso de la electrlisis separandoelPby el Clz. Este ltimo se utilizarpararegenerar la solucin

lixiviante a ser recirculada (corriente 13), transformando el cloruro de ferroso a frrico. Cabe mencionar que en esta parte del proceso, que no haba sido contemplada, anteriormente en el presente proyecto, se requiere un anlisis previo del material

a emplear as como de los electrodos y los electrolitos resultantes.

63

7. Escalamiento a planta piloto

En la mayora de los casos es de gran utilidad poder experimentaren condiciones similares a las provistas para el diseo de la planta, es por que ello se

recomienda escalar todos los experimentos realizados a nivel laboratorio a una planta piloto, la cual -si no es del todo igual que la planta industrial estudiada-,

genera resultados mscerteros que los obtenidos en el laboratorio. Sin embargo,estetipodeescalamientosrequierendeuna capital,puestoquedebe gran inversin de tan costosos

invertirse enuna serie deequiposcasi

como los de la planta a disear. Es por ello que muchos de los proyectos carecen de este tipo dereferencias.

En el caso particular del proyecto de lixiviacin de galena con cloruro frrico para la obtencinde plomo, se ha contadocon la valiosacolaboracin del grupo minero CARSO, en especfico de la industria FRISCO, ya que esta empresa actualmenterecurrealmtodo convencional defundicin para la obtencin de y tiene as gran inters en probar el plomo a partir de concentrados de galena proceso hidrometalrgico.

Lo anterior se basa en que se emplearn mtodos alternativos que sobretodo norequieren de tantos cuidados relacionados con las reglas de seguridad ambiental debido a las emisiones txicas generadas,como convencional.

se observa en la fundicin

64

5.3. Tcnicas analticas empleadasO

Espectrometra de absorcin atmica

La tcnica de absorcin atmica, utilizada para el anlisis de los metales en el proceso, se fundamenta en tres principios bsicos: Todos los tomos pueden absorber luz La longitud de onda absorbida por un elemento qumico en particular es especfica y conocida para cada uno Lacantidadde luz absorbida es proporcional a la concentracin de

0

0

0

tomos absorbidos

Por otro lado, la relacin entre la luz absorbida y la concentracin del compuestoanalizado esta definida por la ley de Beer-Lambert por mediode ecuacin: la siguiente

lo = It exp(abc)donde :

lo, ItC

es la radiacin incidente y transmitida respectivamente es la concentracin de los tomos que se absorben es una constante de la longitud de absorcin

b

65

es a

coeficiente de (absorbancia). absorcin

En relacin con el equipo empleado para el anlisis del contenido de metales en varias etapasdel proceso, se hizo uso del espectrmetroVarian SpectrAA 20,

cuyo funcionamientose basa en la ley antes mencionada. La determinacin de la absorbancia y la constante se lleva a cabo mediante el

empleo de estndares, los cuales son soluciones de concentracin conocida. Los estndares se eligen de tal forma que las composiciones buscadas estn

contenidas dentro del rango elegido lineal, ya que el factor exponencial produce un error muy grande en la lectura de una concentracin fuera de dicho rango.

El procedimiento desarrollado es el siguiente:La muestra slida se funde y se disuelve en cido ntrico al 5 % y se afora hasta obtener una solucin homognea

y libre elementos de slidos

que podra solucin

modificar la lectura. Es as como tal muestra recibe

el nombre de

problema. A la vez, el solvente empleado es agua desionizada o HNOS al 5 %, misma que en la dilucin anterior es considerada como el "blanco" y este mismo se emplea para preparar del aparato. Es por que ello tanto las soluciones estndar que se usan en la calibracin

los estndares como el blanco son atomizados enla respuesta de los mismos.

el

espectrmetro para poder medir

Con tales

respuestas se obtiene un grfico (absorcin vs. concentracin) de los estndares, que se utiliza para interpolar la respuesta (absorcin) de la muestra problema.

Es

as como, finalmente, la solucin problema se atomiza y se lee la respuesta que, referida a la grfica anterior, arrojar la concentracin de la solucin analizada.

66

5.4. Procedimientos experimentalesO

Lixiviacin

Durante el tiempo de reaccin

se toman muestras dela solucin con el fin de

determinar la rapidez de la reaccin. Posteriormente, se analizan tales muestras dela forma antes descrita y se determina lacantidad de metales lixiviados. de metal

Asimismo, se analizan los residuos para determinar el porcentaje extrado. Filtracin

0

Se efecta un filtrado del residuo proveniente de l lixiviacin. Estos slidos son a removidos del proceso, dejando nicamente la solucin lixiviada rica.

0

Precipitacin

Aqu se precipitan los metales cobre y plata por medio de una cementacin la cual es una precipitacin oxidativa con plomo en polvo.

67

0

Filtrado el slido obtenido debido a la cementacin, el cual

Se filtran esta en parte

contiene los metales antes mencionados. Enfriamiento

0

Se enfra la solucin lixiviada a medio ambiente para precipitar el plomo en forma de cloruro y se filtran los cristales formados.

3.5. Objetivos alcanzados durante las semanas

Durantela

primera y la segunda semana se procediconla de practicar el manejo del AA.

preparacin de Para ello se

soluciones muestra con el fin

utilizaron dos mtodos diferentes para elanlisisde

las composiciones de los

elementosprincipales presentes en el proceso, Pb, Cu, Fe, Zn, y Ag. Las dos tcnicas empleadas la para preparacin siguientes: Preparacin de soluciones a partir de soluciones patrn de cada uno de de tales soluciones, fueron las

0

los elementos antes mencionadosPreparacin de soluciones a partir de fusin del concentrado de galena

0

A continuacin se

describe la metodologa empleada para cada

una de las

anteriores. En el caso de la fusin, se utiliz 1 gr. de muestra de concentrado de galena y se le adicionaron 1.4 gr. de metaborato de litio (agente fundente que es indispensable para llevar a cabo la fusin con mayor eficiencia). Se mezclaron

68

ambos y se introdujeron al horno en un crisol de grafito (material hidrofbico) a una temperatura de aproximadamente 980 C, durante veinte minutos. Una vez transcurrido el tiempo, se verti el producto de la fusin en 50 ml. de

cido ntrico (5 % en volumen) con el fin de disolver el botn de vidrio que se obtuvo de la fusin. Posteriormente se procedi a agitar la solucin durante 15 minutos y a su trmino se realizaron lavados del vaso de precipitados con agua destilada, posterior a Io cual la solucin fue aforada en otro matraz a 100 ml. La solucin antes obtenida constaba de 1000 partes por milln (ppm) de todos los slidos en la muestra original. Por otro lado, para evitar que se presentaran interferencias en la AA debidas a la presencia del metaborato de litio, se procedi a preparar una fusin de

1.4 g de metaborato a

la misma temperatura pero sin

slido, para servir de blanco. AI igual se realiz una dilucin en cido ntrico y se afor a 1O 0 ml. AI realizar la AA se rest el efecto del metaborato presente en la solucin del concentrado de galena con solucin de metaboratopuro. la Encuantoa las soluciones preparadasapartirde las soluciones patrn, las que se

mismas fueron elaboradas

teniendo en cuenta el nmero ppm de

requeran dentro del rango de AA para cada uno de los elementos a analizar. la De esa manera se prepararon tres soluciones patrn distintas para cada elemento presente en el proceso: Pb, Cu, Fe, Zn y Ag. En relacin con la AA, la misma debe realizada ser para una cierta longitud de onda caracterstica de cada

elemento. Para fines del proyecto se reportan las longitudes de onda y los rangos en los que se trabaja para cada una de las anteriores:

69

Longitudes de onda

Elemento

L.0 (nm)

Rango (ug

/mi)328.1 O del a5 Ide2a8 I d e 6 a 24 de 800 a 3200

cucuFe

324.7 327.4

1I

392

Pb

261.4

de 200 a800

Porotro lado, pasando a la tercer semana (y durante la cuarta y quinta), se comenz a realizar la lixiviacin. Para iniciar dicho proceso se mont el equipo mostrado a continuacin, e cual consiste en un reactor de 1 It. (y su respectiva l brida) con cuatro orificios (uno para tapon con termmetro, otro para agitacin con flecha,'elterceropara el condensador y el ltimo para poder verter tantoel

concentrado de galena como la solucin lixiviante y tomar muestras durante el

70

Taladro

Flecha

Una vez instalado el equipo anterior, se comenz a calentar el bao mara con la finalidad de que el sistema (reactor y solucin) alcanzara una temperatura de 80 C. Una vez alcanzada tal temperatura, se procede a colocar dentro del reactor

100 g. del concentrado de galenaen la solucin lixiviante (consistente enuna solucin 1 M de FeCI3 y NaCI), de la cual previamente se ha tomado una muestra de 1ml, para analizarla posteriormente en el AA. En ese momento se comienza a tomarel tiempo, considerandoque se debern de tomar muestrasde 1 ml. de lixiviado cada 10 min. hasta que haya transcurrido media hora.

Es importante

sealar que las muestras anteriores deben

de ser tomadas

procurando que todo el material de vidrio est previamente calentado, es decir, quetanto las pipetas como los matraces a utilizar, estn a la temperatura del

71

bao ya que de otra forma se comenzara a precipitar la solucin antes de haber diluido las muestras. Una vez transcurridos los treinta minutos de la lixiviacin, se procede a filtrar el lixiviado, procurando kitazato calientes para lixiviado, se procede mantener tanto el reactor, el embudo como el matraz evitar lo anteriormente descrito. Una vez filtrado todo el a lavar el reactor con un litro de solucin salina saturada, de lasolucin Jixiviante anteriormente obtenido en el

apartandoestoslavados filtrado.

AI igual, se procede a tomar muestras de estos filtrados previos a la cristalizacin.

Es importante mencionar que los productos provenientes del primer filtrado songanga en estado slido y una solucin lixiviante rica en metales.

AI enfriar la solucin la solucin lixiviante rica la solucin de lavado se cristaliza yPbC12. Posteriormente se procedi a su filtracin con la finalidad de recuperar los cristales de clorurode plomo (PbCI2) formados. Por ltimo, se analizaron cada una de las soluciones obtenidas a partir de la lixiviacin por medio de absorcin atmica, para encontrar la composicin de cada elemento en las soluciones proceso. De esa tiempo de

provenientes de distintos tiempos de lixiviacin y etapasdel manera, se compara como vara la composicin

de acuerdo al

lixiviacin y la recuperacin del PbCI2. Durante las semanas consecuentes (seis y siete) se tuvieron algunos conflictos con el material disponible para realizar gas para lasAA.

las fusiones

- crisoles- as como con el

Fue por ello que el calendario de actividades se vio afectado,

teniendo que ajustar eldesfase ocasionado.

72

La octava semana se procedi a analizar las muestras obtenidas a partir de la lixiviacin, obteniendo as resultados de gran utilidad para la siguiente etapa del proceso, la cementacin. En relacin con esta etapa (semana nueve), durante la misma se busca cementar la mayor cantidad posible de cobre y de plata mediante la adicin de plomo en

exceso a la solucin proveniente de la lixiviacin. Para cuantificar resultados se realizaron una serie de pruebas variando los tratamientos realizados al plomo en el polvo cementante. Dichos tratamientos consistieron en lavar con distintos

cidos el plomo necesario para la cementacin del Cu y la Ag. empleados para (H2S04)y cido ntrico (HN03). Adems cabe mencionar que

Los cidos

los lavados fueron: cido clorhdrico (HCI), cido sulfrico

se realizaron varias pruebas con cada uno de los plomo

cidos antes mencionados, en las que variaba solamente la cantidad de adicionada. De ah que se hayan elaborado nueve pruebas deunacantidadde solucin lixiviante similar.

distintas, partiendo

Se generaron tres pruebas por

cada uno de los tres cidos utilizados en el lavado. A cada una de las anteriores, se le agregaron 0.03 g, 06 g y 0.09 g de plomo respectivamente. Dichas pruebas fueron sometidas a un periodo de 30 minutos en un bao con

agitacin, a una temperatura aproximada de

75

O

C. Cada 10 minutos, se tom

una muestra de 2 ml. de cada matraz y se diluy hasta aforar un matraz de 25 ml. AI finalizar los 30 minutos se analizaron las muestras mediante AA (semana diez), con la finalidad de conocer la composicin de Cu y Ag en la solucin despus de haberse llevado a cabo la cementacin. Posterior a las determinaciones por AA se realiz una segunda medicin ahorautilizandouna presente las en pruebas pero

tcnica diferente para tratar de minimizar la interferencia anteriores (semana once). De ah que se hayan

73

efectuadodeterminacionesen

el AA mediante la tcnica de adiciones.

Dicha

tcnica consiste en tomar unpequeovolumende

las soluciones a analizar y

agregarles cantidades diferentes a cada una de estas de solucin estndar. Para los fines deseados, se tomaron 4 muestras idnticas de 5 ml. de cada una.

Y a cada una de las tres muestras se le aadieron, 1 ml., 2 ml. y 3ml. de 20 ppm.De Cu respectivamente y la ltima muestra se dej sin agregar solucin estndar. Se realizaron nuevas cobre lecturas, para determinar las composiciones de reales de

.

Posteriormente, para el siguiente experimento de cementacin se propuso prepararuna solucin lixiviante rica modelopara no tener que repetir todo el

proceso de lixiviacin para la obtencin de la misma (semana doce). Lo anterior se realiz tomando presentes en tal en cuenta el contenido de cada de unolos elementos

solucin, como resultado de los datos provenientes delas AA

efectuadas a las pruebas de la lixiviacin. Una de las posibles causas de tal interferencia es el hecho de que al llevarse a cabo reacciones de oxido-reduccin durante la cementacin, en lugar de que el cobreseacementado,esel Fe3' presenteen

la solucinlixiviante

el que se disminuir el

reduce a Fe2' impidiendo la cementacin antes mencionada.Para100 ml. de solucin

efecto anterior, se efectu otro experimento, el cual a diferencia del anterior, consisti en elaborar siete muestras de lixiviante

aadindoles cantidades estequiomtricas de cloruro ferroso (FeCI2) y de Pb en diferentes cantidades. Cabe mencionar que

a partir de los resultados mas

acertados, se eligi utilizar el tratamiento de Pb con HCI. Por otro lado para la A A , en lugar de preparar las