TECNOLOGIA DE METALES NO FERROSOS Ing. Henry G. Polanco Cornejo Ing. Henry G. Polanco Cornejo 20/05/2019 1 HISTORIA
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TECNOLOGIA DE METALES NO FERROSOS Ing. Henry G. Polanco Cornejo
Ing. Henry G. Polanco Cornejo
20/05/2019 1
HISTORIA • Los antiguos lo llamaban Opherét: Plinio describe una separación de plomo, del estaño y de la plata por fusión • El plomo puro más antiguo, hallado en Turquía, hace más de 8.000 años • Los primeros objetos de plomo datan de los 5,000 años A.C. En la Unión Soviética se encontró una "rueca • 4,000 años A.C. los egipcios transformaban los "plomos rojos" en pigmentos cosméticos. • En Templo de Osiris, se ubico objetos de 3 800 A.C. • 2,000 años A.C se explotaban minas de plomo en Chipre, Cerdeña y España • Los jardines colgantes de Babilonia del 600 A.C. cuentan con pisos revestidos con hojas de plomo. • Los antecedentes de baterías de ácido-plomo datan de 1800, Alessandro Volta descubrió la batería galvánica. • 1859 Gaston Planté desarrolló la primera batería de ácido-plomo • 1881, el científico Camille Faure mejoró algunas de las características • 1921, la automotriz General Motors, descubrió el tetraetílico 20/05/2019
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PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Punto de Fusión Punto de Ebullición Peso Específico Tensión Superficial Viscosidad
: 327.4 °C : 1737 °C : 11.34 a 20 °C (s) 10.30 (l) : 442 dinas/ cm2 : 2.12 centipoises a
Calor específico Conductividad Térmica Coeficiente de dilatación lineal Resistividad Potencial electrolítico Dureza Brinnel (colado) Dureza escala Mohs Resistencia a la tracción es baja
: 0.0297 cal/gramo : 0.083 cal/seg : 27 x 10-6 : 20.65 microohmios-cm : 0.122V : 4.2 : 1.5 : 1.4 Kg/mm2
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PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS • El plomo está dentro del grupo IV, período VI de la tabla • El plomo y sus compuestos son muy tóxicos. • A temperatura ambiente el ácido sulfúrico no lo ataca al plomo metálico. Por encima de 200ºC el plomo disuelve en solución concentrada de ácido sulfúrico • El ácido nítrico lo disuelve y forma nitrato de plomo (soluble). • En soluciones concentradas y álcalis fuertes fundidos, el plomo forma plúmbitos • En el agua el plomo es estable porque está cubierto por una capa protectora de hidróxido de plomo. Pb(OH)2PbCO3 • En presencia de CO2 produce una corrosión considerable debido a la formación de bicarbonato de plomo, Pb(HCO3)2. (soluble) • Si se funde en contacto con aire, el plomo se oxida para formar litargirio (PbO), la • Casi todos los ácidos orgánicos reaccionan con el plomo en presencia del oxigeno para formar las sales orgánicas correspondientes. 20/05/2019
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USOS • • • • • • • • • • • • • • •
El principal uso del plomo en la forma de acumuladores, el consumo es de 53 %. Como tetraetilo, que se usaba como antidetonante en la gasolina. En chumaceras, soldadura, pinturas anticorrosivas. Como "autolubricante", este metal se emplea casi universalmente en cojinetes. En la fabricación de munición para armas de pequeño calibre Como lastre en los buques, contrapesos El óxido de plomo se usa como agente antioxidante en la fabricación de matrices,. Por propiedades anticorrosivas, en atmósfera, agua subterránea y salinas. El arseniato de plomo es un insecticida usado ampliamente en la agricultura Como estabilizadores en plásticos vinílicos. El blanco de plomo es el pigmento de más uso, bajo costo, poder de recubrimiento, permanencia y blancura extremada. En los revestimientos de cables debido a su resistencia a la corrosión Como tal también se emplea en la industria del papel, en la fabricación de ácido sulfúrico y en la de los ánodos empleados en la electrólisis. Blindajes contra rayos X,
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USOS • • • • • • • • •
Excelentes propiedades antifricción. Resistencia a la corrosión atmosférica, subterránea y de aguas salinas. Resistencia al H2SO4 y a los compuestos sulfurosos. Blandura y facilidad de trabajo. Punto de fusión bajo combinado con su alto punto de ebullición. Costo bajo y valor elevado del metal secundario. Peso específico elevado. Resistencia a las penetraciones por las radiaciones de longitud de onda corta. El 10% se emplea por razón de su peso, el 30% en atención a su blandura, facilidad de trabajo y resistencia a la corrosión, el 24% debido a sus propiedades aleantes y el 33% debido a sus compuestos químicos.
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ALEACIONES Y COMPUESTOS • Plomo – Antimonio: aleación dura; la adición de Ca por Sb hace la aleación más tenaz y homogénea y el Bi aumenta su fusibilidad. • Plomo – Arsénico: El As comunica fluidez al plomo, le hace más duro y frágil • Plomo – Estaño: Es dura, baja el punto de fusaión. • Plomo - Calcio: Esta aleación se utiliza en la fabricación de ánodos • COMPUESTOS DEL PLOMO • Oxido de Plomo • Cloruro plúmbico. • Oxicloruro de plomo: • Carbonato Plúmbico: Albayal de Cerusa; • Nitrato Plúmbico: aumenta la sensibilidad de las placas metálicas en los baños de plata. • Cromatos de Plomo: Se le utiliza como color para pintura 20/05/2019
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PRODUCCIÓN NACIONAL (TMF) REGIÓN
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
TOTAL
345.109 302.459 261.990 230.199 249.236 266.472 277.294 315.525 314.422 306.794
Pasco
164.843 127.720
94.396
83.083
91.962
89.989
73.117
94.528
87.416
94.886
Lima
50.476
41.413
48.551
44.661
40.457
46.737
69.979
69.969
60.110
53.432
Junín
44.765
36.210
35.186
35.079
46.127
46.706
43.238
46.676
51.261
43.079
Áncash
27.569
36.086
27.096
21.231
20.424
21.440
21.328
20.982
29.812
39.368
Huánuco
13.864
12.750
14.259
11.835
12.176
11.034
12.188
21.477
24.130
21.387
Arequipa
8.771
13.808
12.528
10.071
9.638
10.783
8.983
13.485
18.415
20.090
Ica
9.497
8.425
7.952
9.240
9.759
15.259
16.685
17.684
18.307
17.058
13.228
14.872
10.919
6.381
7.198
11.766
17.090
15.489
14.611
10.771
Ayacucho
6.972
5.411
5.583
4.147
7.669
8.868
11.346
10.418
7.884
4.479
Puno
1.931
2.088
2.184
1.779
1.682
1.568
1.532
2.715
1.333
1.648
La Libertad
3.193
3.676
3.336
2.686
2.121
2.123
1.631
1.147
1.133
583
-
-
-
5
22
200
178
954
8
12
Huancavelica
Cusco 20/05/2019
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EMPRESAS PRODUCTORAS (TMF) EMPRESA
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
345.109
302.459
261.990
230.199
249.236
266.472
277.294
315.525
314.422
306.794
CIA MRA CHUNGAR
26.209
23.654
22.518
20.421
24.903
28.637
27.058
30.909
27.828
30.370
CIA BUENAVENTURA
15.153
12.210
12.687
12.133
19.152
21.572
18.288
17.413
20.989
25.367
MRA EL BROCAL
31.506
24.727
13.435
11.074
13.482
10.801
2.695
23.036
15.930
23.927
CIA MINERA RAURA
13.834
12.750
13.996
11.688
12.176
11.034
12.188
21.477
24.130
21.387
VOLCAN CIA MINERA
91.051
63.051
48.487
28.967
32.664
33.557
23.769
27.275
26.083
19.691
CIA MRA ANTAMINA
5.734
13.214
6.095
2.069
2.831
4.032
5.859
8.716
13.112
17.289
CIA MINERA MILPO
20.594
19.170
17.529
17.605
17.780
29.646
30.439
17.683
18.307
17.058
-
-
-
-
-
-
2.748
17.873
18.919
16.474
11.555
9.349
10.159
10.209
9.954
10.599
12.540
14.422
17.732
16.172
7.590
11.563
9.975
9.008
8.173
8.118
7.371
10.896
15.075
13.922
11.560
20.235
21.556
16.237
16.976
17.449
21.999
18.374
17.191
13.823
SILVER HUARÓN
-
-
-
-
5.424
7.540
7.883
8.814
12.788
10.774
CIA MINERA KOLPA
-
-
-
-
-
-
-
7.227
11.291
8.924
QUENUALES
24.618
12.356
18.868
15.731
12.507
13.276
15.259
15.121
8.986
8.318
CIA MRA SANTA LUISA
14.124
15.540
12.542
11.470
9.553
8.597
8.522
6.993
5.905
8.221
-
-
-
-
-
-
-
-
3.439
6.590
CIA MRA CASAPALCA
4.265
3.971
3.832
4.971
4.493
4.683
6.311
6.033
7.844
6.425
TREVALI PERÚ S.A.C.
-
-
-
-
-
2.324
11.500
14.854
9.494
5.310
CIA MRA ARGENTUM
7.924
7.067
6.282
4.083
4.748
5.012
6.235
4.357
4.901
5.212
CATALINA HUANCA
6.972
5.411
5.583
4.147
7.669
8.868
11.346
10.418
7.884
4.314
52.421
48.191
38.444
50.385
46.749
40.727
45.282
33.635
26.593
27.227
TOTAL
MILPO ANDINA PERÚ CIA MRA ATACOCHA MINERA BATEAS SOC MRA CORONA
CIA MRA LINCUNA
OTROS 20/05/2019
Ing. Henry G. Polanco Cornejo
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PRODUCCION MUNDIAL : (MILES DE TMF)
PAÍS TOTAL China Australia USA Perú Rusia México India Suecia Bolivia Turquía Otros
20/05/2019
2008 3.877 1.500 645 410 345 60 101 87 60 82 25 562
2009 3.855 1.600 566 406 302 70 144 92 69 85 26 495
2010 4.148 1.850 625 369 262 97 192 97 68 73 23 493
2011 4.753 2.400 621 342 230 95 224 88 62 100 40 551
2012 5.079 2.610 622 345 249 196 210 103 64 79 56 545
2013 5.433 2.850 711 340 266 223 210 106 60 82 78 507
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2014 5.439 2.800 728 379 277 225 250 106 71 94 65 443
2015 4.952 2.335 652 367 316 225 254 136 76 82 74 436
2016 4.712 2.340 453 346 314 250 232 147 79 75 76 400
2017 4.710 2.400 450 313 307 250 230 150 80 70 70 390
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RESERVAS PLOMO DECLARACIÓN ANUAL CONSOLIDADA: ( miles TMF) REGIÓN ÁNCASH PUNO PASCO LIMA JUNÍN HUANCAVELICA HUÁNUCO ICA AREQUIPA CUSCO AYACUCHO LA LIBERTAD TOTAL
20/05/2019
PROBABLES 970 1.043 661 568 284 43 47 39 65 45 55 8 3.827
PROBADAS 391 234 604 87 277 318 88 80 19 28 13 14 2.154
Ing. Henry G. Polanco Cornejo
TOTAL 1.361 1.278 1.265 655 561 361 134 120 84 73 68 22 5.981
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RESERVAS MUNDIALES PLOMO (Miles de TM) Australia China Rusia Perú México Estados Unidos India Bolivia Suecia Turquía Otros países Total Mundial (redondeado)
20/05/2019
2017 35.000 17.000 6.400 6.000 5.600 5.000 2.200 1.600 1.100 860 7.000 88.000
Ing. Henry G. Polanco Cornejo
PART. % 39,8% 19,3% 7,3% 6,8% 6,4% 5,7% 2,5% 1,8% 1,3% 1,0% 8,0% 100,0%
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COTIZACION PLOMO AÑO
Ctvs.US$/lb
1995
28,60
1996
35,10
1997
28,00
1998
24,00
1999
22,80
2000
20,60
2001
21,59
2002
20,53
2003
23,36
2004
40,21
2005
44,29
2006
58,50
2007
117,03
2008
94,83
2009
77,91
2010
97,61
2011
108,97
2012
93,54
2013
97,17
2014
95,07
2015
81,05
2016
84,82
2017
105,12
20/05/2019
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
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Consumidores de Plomo Refinado • La demanda de plomo superó la oferta en 165.000t en 2017. • El consumo se incrementó de 11,2Mt a 11,5Mt, lo que refleja en gran medida el alza de 3,1% en China. • La producción de plomo refinado creció 0,7%, liderada por Europa, Canadá, China, India y Kazajistán, hecho parcialmente contrarrestado por caídas en EE.UU., Australia y Corea del Sur. • El volumen minero retrocedió de 4,79Mt a 4,75Mt. Perú fue el quinto mayor productor de plomo con 307.000t, mientras que México fue el sexto con 240.000t. • China, el principal productor, experimentó una contracción de 2,34Mt a 2,32Mt. 20/05/2019
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Países China Europa USA Corea del Sur India Japon Otros
% 42 17 14 6 5 2 14 100
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LECHOS DE FUSIÓN • Concentrados de Plomo: Elemento Cobre Plomo Zinc Fierro Insoluble Azufre Arsénico Bismuto Antimonio CaO Plata* Oro*
20/05/2019
Plumboso 2.98 55.01 5.72 6.84 4.42 17.73 0.91 0.23 0.82 0.90 80.88 0.40
Piritoso 0.91 42.58 4.81 15.69 3.54 26.32 0.52 0.25 0.84 0.49 93.72 0.13
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Platoso 1.59 44.8 6.34 10.05 4.89 21.51 0.57 0.09 0.62 2.05 117.54 0.05
Arsenioso 2.90 43.90 6.91 11.44 4.51 22.55 1.60 0.09 1.27 0.73 66.58 0.31
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LECHOS DE FUSIÓN • Caliza: De contenidos mayores a 50 % de CaO, peso específico promedio de 1,5 á 1,8 gr/cc, análisis químico promedio: Ins Fe CaO 6-8
•
1-2
52 – 53
Sílica: Debe tener el siguiente análisis promedio: Ins 85 – 92
Fe 2-3
CaO >1,0
• Pellets de Fierro: Se utiliza pellets de fierro menores de 3/8", o minerales oxidados de alto contenido de fierro con contenido de más de 50 % de Fe. • Recirculantes: 20/05/2019
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LECHOS DE FUSIÓN • Relación Fe/Ins
Fe / Ins =
• Relación CaO/Ins
TMS(Fe) + % Fe (X) TMS(Ins) + % Ins(X)
CaO/Ins =
TMS(CaO) + % CaO(X) TMS(Ins) + % Ins(X)
Donde "X" es el material de ajuste • Basicidad: Para el cálculo de la basicidad se tiene: 0.287(TMS Fe) + 0,286(TMS CaO) + 0,245 (TMS Zn) B= 0,531(TMS Ins)
• Para el ajuste de la basicidad se utiliza: B= 20/05/2019
+ 0,286 % CaO (x) ' + 0,531 % Ins (X) Ing. Henry G. Polanco Cornejo
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LECHOS DE FUSIÓN • La preparación de lechos de fusión permite regular el análisis químico, cuyos valores típicos son:.
• Ins Fe CaO S/T As Sb Pb Cu Zn • 9-11 10-13 7-8 14-16 >1.0 >0.8 < 35 >2 >6 • • • •
Índices Metalúrgicos: Basicidad: 1,15 - 1,30 Fe/Ins : 1,10 - 1,25 CaO/Ins : 0,70 - 0,80
20/05/2019
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Composición de la materia prima Elemento Agua Ins Fe CaO S Zn Pb Cu Ag* Au* Sb As Bi SiO2 Al2O3
20/05/2019
Lecho 10,0 9,6 11,2 8,3 15,0 4,7 36,8 2,0 46,5 0,04 0,5 0,7 0,3 8,3 0,7
Aglom. fino -10,5 12,8 9,8 1,8 5,0 42,5 1,8 51,3 0,09 0,6 0,5 0,4 10,8 0,9
Polvo rec. -0,9 2,0 -12,3 5,6 43,8 2,3 38,5 0,02 0,8 1,0 0,2 10,0 0,9
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Carga Maq 6,2 10,3 12,4 9,5 7,1 4,8 37,9 2,1 53,2 0,06 0,6 0,7 0,4 9,4 0,9
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LECHOS DE FUSIÓN MATERIAL TMH TMS H2O
MP Callao Carolina Sta Rita Salaverry Caliza Silice Recirculantes Pellets Fe Sub-Total Concentrado Caliza Silice Recirculantes Pirita Sub-Total Concentrado D Caliza Silice Recirculantes Pirita TOTAL
R: Fe/Ins R:Ca/Ins Basicidad
20.0 20.0 0.0 0.0 0.0 2.8 2.8 1.8 1.8 2.0 2.0 0.0 26.6 26.6
20/05/2019
Ins.
% 2.0 3.5 4.9 4.5 7.9 85.7 10.0 2.8 0.0 8.9
TM 0.4 0.0 0.0 0.0 0.2 1.5 0.2 0.0 2.4
Fierro
Azufre
CaO
As
% TM % TM % TM 11.0 2.2 19.0 3.8 1.0 0.2 15.7 0.0 26.3 0.0 0.5 0.0 10.1 0.0 21.5 0.0 2.1 0.0 11.4 0.0 22.6 0.0 0.7 0.0 1.3 0.0 0.2 0.0 52.3 1.5 2.3 0.0 1.2 0.0 0.7 0.0 10.0 0.2 3.2 0.1 8.2 0.2 85.0 0.0 46 0.0 0.0 0.0 9.3 2.5 14.6 3.9 6.9 1.8
% 0.9 0.5 0.6 1.6 0.0 0.0 0.8 0.0 0.7
TM 0.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2
Sb % 0.9 0.8 0.6 1.3 0.0 0.0 0.5 0.0 0.7
TM 0.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2
Plomo % TM 46.6 9.3 42.6 0.0 44.8 0.0 43.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 38.9 0.8 0.0 0.0 38.0 10.1
Cobre
Zinc
% TM % 2.1 0.4 5.9 0.9 0.0 4.8 1.6 0.0 6.3 2.9 0.0 5.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.8 0.0 5.9 0.0 0.0 0.0 1.7 0.5 4.9
Plata O/T TM M TM 1.2 89.7 1794.0 0.0 117.5 0.0 0.0 93.7 0.0 0.0 66.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 60.5 121.0 0.0 0.0 0.0 1.3 72.0 1915.0
2.6 3.2 1.8 5.9
2.3 85.7 16.5 2.8
0.8 4.2 24.5 42.3
0.2 1.2 22 46
53.8 0.0 3.8 0.0
0.0 0.0 0.8 0.0
0.0 0.0 0.5 0.0
0.0 0.0 1.1 0.0
0.0 0.0 19.2 0.0
0.0 0.0 2.1 0.0
0.0 0.0
2.6 3.2 1.8 5.9
2.3 85.7 16.5 2.8
0.8 4.2 24.5 42.3
0.2 1.2 22 46
53.8 0.0 3.8 0.0
0.0 0.0 0.8 0.0
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0.0 0.0 1.1 0.0
0.0 0.0 19.2 0.0
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0.0 0.0
1.05 0.78 1.24
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0.0 0.0 48.9 0.0 0.0
0.0 0.0 48.9 0.0 0.0
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PROCESO DE TOSTACIÓN •
• • • • • • • •
El proceso de tostación consiste en la eliminación del azufre. Los sulfuros reaccionan autógenamente por acción del aire,, las temperaturas de ignición son: Compuesto Temperatura Pirita : FeS2 360 ºC Calcopirita: CuFeS2 380 ºC Calcosita : Cu2S 435 ºC Esfalerita : ZnS 615 ºC Galena : PbS 705 ºC. En el proceso mismo lo primero que sucede es la eliminación del agua de humedad Reacciones del proceso. – 2 PbS + 3 O2 = 2 PbO + 2 S2O – 2 FeS2 = 2 FeS + S2 – 2 FeS + 32 = 2 FeO + SO2
• • • •
Reacciones secundarias 2 Cu2S + 3 O2 = 2 Cu2O + 2 SO2 2 As2S3 + 9 O2 = 2 As2O3 + 6 SO2 2 Ag2S + 3 O2 0 2 Ag2O + 6 SO2
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½ S2 + O2 = SO2
2 ZnS + 3 O2 = 2 ZnO + 2 SO2 2 Sb2S3 + 9 O2 = 2 Sb2O3 + 6 SO2
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PROCESO DE TOSTACIÓN • Cuando la presión parcial de SO2 es mayor que la de oxígeno, y se tiene baja temperatura (600ºC) se tiene la formación de sulfatos. : – PbO + SO3 = PbSO4 • Estos compuestos son estables hasta una temperatura de 650ºC. • Descomposición de los carbonatos: – CaCO3 = CaO + CO2.
• Los óxidos presentes en la carga, que son de carácter ácido, reaccionan con los compuestos de carácter básico para formar los silicatos, arseniatos, antimoniatos o ferritas de plomo: – PbO + SiO2 = PbO.SiO2 – FeO + SiO2 = FeO.SiO2 – CaO + SiO2 = CaO.SiO2 20/05/2019
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VARIABLES DE OPERACION • Composición de la carga: Se tiene en cuenta los índices a los cuales debe formarse la escoria en los hornos y la cantidad de azufre (15 % de azufre y 38 á 40 % de Pb) • Granulometría: Va desde ¼” a 3/8", • Relación Producto Fino/Lecho de Fusión.: 7 % de azufre , Relación Producto Fino/Lecho de Fusión: 2,0 á 1; aunque se opera en un rango de 1,5/1,0 2,5/1,0. • Velocidad de Máquina.: Si se tiene una tostación incompleta se disminuye la velocidad de las máquinas o viceversa; se trabaja desde 0,80 á 1,20 mts/min. • Altura de la Carga.: Influye en el paso del aire a través de la carga. Altura de carga; se trabaja desde 28 cm á 40 cm. • Humedad.: Se ha establecido en 6 % • Temperatura de encendido: 950 á 1 000°C • Presión en la cubierta de la máquina: - 0,05 Pulg de agua 20/05/2019
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EQUIPOS USADO •
Sistema de Alimentación
•
Sistema de Encendido: Horno de Ignición; Ventiladores centrifugo, para el aire de combustión y Ventilador de gases de combustión y de los gases producidos en la etapa de encendido
•
Máquina de Aglomeración : Consiste en una cadena sin fin sobre la cual están montadas las bandejas, donde se transporta el lecho de fusión sobre las cajas de viento, por lo que ingresa el aire para el proceso. La máquina es del tipo continuo y consta de un bastidor resistente de acero que soporta a dos volantes o ruedas dentadas que impulsa las bandejas o carros sobre estos carros se deposita la carga. Son de tiro ascendente y de tiro descendente, es el equipo en el cual se lleva acabo la oxidación de los sulfuros, las partes de la máquina son:
•
Sistema de Clasificación y Trituración: Rompedor de uñas, reduce de tamaño a 4“, Transportador de bandejas Grizly; es una zaranda vibratoria, con malla intercambiable desde 1 1/2" hasta 3". , Tolva de gruesos, almacena el producto final, Tolva de medios, Chancadora de quijada, o molino de rodillos
•
Sistema de ventilación y recuperación de polvo:
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FUSION DE PRODUCTO AGLOMERADO DE PLOMO • •
• • • • •
• • • •
La carga está constituida por aglomerados de óxido de plomo (sinter), coque y Fe. Los debe reunir ciertas características físicas y químicas. El análisis químico es: Fe CaO S Zn Pb Cu Ag* Au* As Sb Bi Ins SiO2 Al2O3 13,6 9,7 1,8 5,3 38,2 2,8 62,7 0,06 0,80 0,79 0,38 13,5 11,2 2,3 Dureza es de 15 a 20 % malla – 2”. Temperatura de reblandecimiento debe alcanzar los 800ºC, Porosidad; alcanza 30 a 40 % de vacío del volumen total del sinter. El coque metalúrgico utilizado antes de ser usado debe ser clasificado para evitar la presencia de finos. El análisis químicos del coque zarandeado es: – Material volátil Carbono Fijo Cenizas Azufre KJoules/Kg 2,1 % 81,9 % 16,0 % 2,8 % 28 245 Resistencia a la compresión en caliente, es de 345 mm/pulg2. Dureza y resistencia al impacto; debe ser de 20 % malla - 2". Porosidad; Varía entre 45 a 60 % del volumen de espacios vacíos.
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EQUIPO Y MAQUINARIA • • • • • • • •
Hornos de Manga: Tragante; parte superior que contiene el dispositivo de la carga. Cuba; contiene toda la columna de carga. Tiene una altura de 4,5 á 6 metros Etalaje; zona de fusión, esta zona es refrigerada con agua, la inclinación es de 5 á 7º Crisol; se reúnen los productos fundidos. Toberas; suministro de aire , diámetro de las toberas de 2 ½ “ á 4 ½ “. Tanques de Sedimentación: Diemnsiones – – – – – – –
Base final de zona de fusión: 5 x 1,5 m Longitud del horno: 1,5 m Ancho: altura de soplos : 1,2 m Altura de la columna: 5,2 m Número de soplos: 30 Diámetro de los soplos: 10 cm Altura carga sobre toberas: 5,0
•
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PROCESO DE FUSION Y REDUCCIÓN Oxidación del Coque – C + ½ O2 = CO
G = - 26 700 - 20,95 T (1)
– C + O2 = CO2
G = - 94 200 - 0,2 T
(2)
Formación de CO en la zona de Reducción – CO2 + C = 2 CO (4)
H298°K = 172 560 Joule (endotérmica)
Proceso de Reducción • • • • • • •
PbO + CO = Pb + CO2 (5) Cu2O + CO = 2 Cu + CO2 As2O3 + CO = 2 As + 3 CO2 Sb2O3 + CO = 2 Sb + 3 CO2 3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2
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G = - 17 447 cal/mol. (6) G = - 24 656 cal/mol (7) G = - 44 930 cal/mol (8) G = - 11 527 cal/mol (9) G =- 18 586 cal/mol (10) G = - 2 445 cal/mol Ing. Henry G. Polanco Cornejo
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PROCESO DE FUSION Y REDUCCIÓN • Además de los sulfuros de cobre, hierro y plomo, forman la mata, la cual funde entre 900 y 1100 °C : – CuO + FeS = Cu2S + FeO (11) G = - 29 385 cal/mol – 2 Cu + PbS = Cu2S + Pb (12) G = - 3 847 cal/mol
• En el proceso se forma el speiss que esta constituido por arseniuros y antimoniuros de cobre y hierro, tiene una densidad mayor que la mata e inferior a la del plomo. • Cu3As • Cu3Sb • Fe3As2 • • Las escorias son silicatos complejos que se determinan por las siguientes reacciones; • 3 FeO + SiO2 = 3 FeO.SiO2 • CaO + SiO2 = 3 CaO.SiO2 • 20/05/2019
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VARIABLES DEL PROCESO • • • • • • • • •
Temperaturas: Precalentamiento 150ºC Calentamiento: 400ºC Reducción: 900ºC Fusión: 1 200ºC Presión de ingreso de aire: 16 - 20 Kpa Volumen de aire: 200 - 300 m3/min Temperatura de gases: 150 - 200ºc Tiraje en el horno: 0,55 Kpa Temperatura de colada: 1200ºC
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FACTORES PARA UNA BUENA FUSION •
Control del Peso de Carga: Los pesos de los constituyentes de las cargas del horno deben ser controladas, el parámetro establecido es de 16 a 18 % del coque por 100 % de sinter.
•
Control del Volumen de Aire. La cantidad de aire es el requerido para la combustión completa del coque. La presión del aire debe mantener la carga suspendida haciendo un descenso en forma suave.
•
Control de Toberas: Las toberas deben mantenerse limpias, para que la presión y volumen de aire que ingresa sea el mismo y constante.
•
Control del Agua de Refrigeración. Las chaquetas no tiene una protección interna de ladrillo refractario, por lo que su cuidado es importante.
•
Control del Nivel del Baño del Crisol: El nivel de baño se mantiene en el crisol, se controla con una buena colada de productos
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PRODUCTOS DEL HORNO DE MANGA • Plomo de Obra. Contiene 92 % de plomo, contiene la mata y speiss • Mata: 40 % de cobre. Para la formación de mata es necesario un buen control del azufre de tostación, La relación S/Cu es de 1/4. • Speiss: Está formado por arseniuros y antimoniuros de los metales básicos. • Escoria: La escoria, que es la parte estéril y se elimina, contiene hasta 2 % de • – FeO CaO S ZnO Pb Cu Ag* Au* As Sb Bi SiO2 Al2O3 – 37,4 16,1 1,5 13,2 1,6 0,40 0,7 Tr 0,19 0,10 0,01 22,6 3,3
• Gases y Polvos: Los gases están constituidos por CO, SO2, O2, y CO2 . Los polvos están constituidos por los elementos de menor punto de volatilización – Fe S Zn – 1,0 5,4 7,8 0,12
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Pb Cu Ag* 47,0 0,55 5,2
Au* As Sb Bi Cd Ins In Tr. 5,2 0,30 0,33 12,6 0,6 0,22
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Tl
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PLANTA DE ESPUMAJE Materia Prima: El plomo de obra de 92 á 93 %. Se considera los ánodos gastados de plomo procedentes de la Refinería Electrolítica. Proceso de drosado de plomo de obra • El plomo de obra llega a la planta a 950 - 1000ºC, en las ollas en donde se le agrega ánodos corroídos, se disminuye la temperatura a 500 - 500ºC, a la cual se forma la primera espuma, que esta compuesta, principalmente, por mata y speiss; esta se zarandea par ser cargada al horno de reverbero. El punto de fusión dela mata es de 950ºC y del speiss es de 700ºC. • Proceso de Decoperizado • El decoperizado se realiza por la reducción de temperatura, en donde los compuestos de cobre solidifican a la temperatura de 315 - 320ºC, se forma un eutectico Cu - Pb; con un contenido mínimo de cobre de 0,02 %.
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Fusión de dross de plomo •
Este proceso es conocido como el proceso de soda mata. – PbS + Cu → Cu2S + Pb – 2 PbO + PbS → Pb + SO2 – PbS + Fe → FeS + Pb
•
La formación de la mata de soda, se da por la presencia de carbonato de sodio y el coque: – PbS + 4 Na2CO3 → 4 Pb + 3 Na2S + Na2SO4 + 4 CO2 – 4 Cu2S + 4 Na2CO3 → 8 Cu + Na2SO4 + 4 CO2 – Na2SO4 + 2 C → Na2S + 2 CO2 – FeS + Cu2O → Cu2S + FeO
•
El speiss se forma por la presencia de arsênico: – 3 Cu + As → Cu3As La mata esta constituida por Cu2S, FeS y PbS, el punto eutéctico de esta mezcla es 925ºC, solubiliza 7 % de Pb. La fase speiss esta formado por Cu3As; Cu3Sb y Fe3Sb2, tiene un eutéctico de 780ºC.
• •
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AFINO PIROMETALURGICO Variables del proceso • Consumo de reactivos: • Decoperizado: Azufre: 0,2 kg/kg de Cu • Ablandamiento: – NaOH : 0,10 Kg /Kg de Sb – NaNO3 : 0,17 Kg/kg de Sb – ClNa: 0,10 Kg/kg de Sb
• • •
Desplatado: Zinc: 2,7 kg/kg de Ag Descincado: Desbismutizado: – Primera etapa – Ca: 0,2 kg/kg de Bi – Mg: 0,3 Kg/kg de Bi
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REFINACION DE PLOMO • •
El plomo bullón proveniente de la fundición, contiene de 96 á 98 % de plomo y entre 80 á 120 onzas/tc de plata. Afino Electrolítico del Plomo - Proceso Betts – Produce un producto de 99.99% de Pb de pureza. Con algo de Bi que no afecta. – El afino electrolítico solubiliza el plomo del bullón y se deposita en laminas de plomo puro en una solución de fluosilicato de plomo y ácido fluosilícico libre. – En la electrolisis se usa el sistema Walker, los electrodos son conectados en paralelo y las celdas en serie
•
Fundamento Proceso. – Los ánodos utilizados son planchas de plomo bullón y como cátodos laminas de plomo puro, el electrolito es una solución de fluosilicato de plomo y ácido fluosílico. – - R. anódica : Oxidación Pbº - 2 e- = Pb++ + (-E) energía absorbida. – - R. catódica : Reducción Pb++ + 2 e- = Pbº + (E) energía liberada. – Una vez producido el Pb++ en la interfase ánodo-solución el catión sufre una hidratación : Pb++ + H2O = Pb(H2O)++ para luego pasar a solución por influencia del ácido silícico: – Pb+2 + SiF6 = PbSiF6 – H2SiF6 + Pb = PbSiF6 + H2 – 2 PbSiF6 + H2O = 2 PbSiF6 + 2 Pb + O2
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REFINACION DE PLOMO •
Las impurezas que contiene el bullón de plomo son: Au, Ag, Pt, Se, Bi , Sn, Fe, Ni, la nobleza termodinámica es: – Au→ Pt → Ag→ Sn → Cu → Bi → Fe → Ni → Co → As → Pb → Zn aumento de nobleza disminución de nobleza (electropositivos) (electronegativos) Potencial de semi celda de los elementos del ánodo de plomo:
•
•
Elemento Zn Fe Sn Pb As Sb Bi Cu Ag
F.e.m. solución + 0.52 + 0.09 - 0.01 - 0.01 - 0.40 - 0.44 - 0.48 - 0.52 - 0.97
Eh - 0,758 -0,44 -0,13 -0,12 0,30 0,10 0,20 0,34 0,79
El más alto en la serie electromotriz requiere menor aplicación de fuerza electromotriz para pasarlo a solución, solo este metal se disolverá y los que están más bajos en la serie permanecerán en estado metálico.
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REFINACION DE PLOMO Comportamiento de las impurezas • • • • •
•
El Fe y Zn, son más electronegativos y requieren menor voltaje para disolver, por lo tanto pasan al electrolito El estaño tiene un potencial de celda similar al plomo, por lo tanto pasará a formar parte del cátodo. El Bi, Sb, Cu, Ag y Au, tiene un potencial mayor al plomo, quedan al estado metálico en el ánodo corroído. El antimonio es necesario, hasta un nivel de 0,85 % en el ánodo, permite que el lodo quede adherido sin caer en el fondo de la celda. El cobre debe ser lo mínimo posible, menos de 0,05 %, dado que su presencia endurece la superficie del ánodo, con lo cual disminuye la velocidad de disolución El arsénico debe ser menor a 0,5 %, dado que reacciona con el ácido fluosilicico, con lo cual se produce perdidas de electrolito.
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REFINACION DE PLOMO Electrodos • Los ánodos se moldean a partir del plomo bullón : 90 x 67,5 cm. y 3.8 cm de espesor y pesan 150 Kg.. •
Las impurezas más importantes del ánodo, son: – – – –
•
Pb Cu As Sb
95,9 % 0.05 %
Bi Sn 0.68 % 1.91%
0.86 % 0.003% Ag Au
128,0 onz/tc 3.7g/t
Los cátodos se fabrican de plomo electrolítico: 95 cm x 75 cm y de 0,.2 mm. de espesor, el peso es de 8 kg. El análisis del cátodo de plomo refinado – – – – –
Pb Cu Sb Tl 0.0002 Fe
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99.997 0.0003 0.0002 Sn
0.0002
Ag Si As 0.0002 Zn
0.0001 0.001 0.0003
0.0001
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REFINACION DE PLOMO Variables • El ciclo de corrosión es de 4 días y se limita a que el potencial de celda a un nivel que permita la disolución de las impurezas del ánodo y pasen al cátodo. • La separación de electrodos es de 3 cm. • Las celdas funcionan con una tensión de 0.3 y 0.6 voltios. • La densidad de corriente es: anódica: 14,5 amp/ft2 ; catódica: 17;0 amp/ft2 • Celdas de concreto armado revestidas interiormente de brea o asfalto, 4,50 x 0,95 x 1,30 m y 5 082 litros de capacidad • Composición del electrolito: 120 gr/lt de ácido total, 75 gr/lt de ácido libre y 70 gr/lt de plomo • Temperatura de 38 á 40ºC: mayor temperatura produce evaporación de HF • Flujo: 18 á 20 lt/min • El electrolito contiene: Plomo (68 gr/lt), Acido fluosilico libre (70 gr/lt), Acido combinado (120 gr/lt). • Se adiciona: Cola, para mejorar características físicas del deposito. El Goulac, aumenta la ionización del electrolito y mejora la distribución de corriente • El electrolito debe ser circulado en forma constante a un flujo de 17 á 20 lt/min, 20/05/2019
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Fluorita
Ac. Sulfúrico
Reactor
Al ambiente
Ventilador HF HF
Residuo: CaSO4
HF
Condensador Nº 2
Condensador Nº 1 Aire Silice Molida Batidora Dross Plomo Neutralización
Diagrama de flujos de Obtención de ácido fluosilicico
Ac. Fluosilicico + Fluosilicato de plomo 20/05/2019
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Obtención de ácido fluosilicico •
• • • • • • • • • • • •
Al reactor se alimenta fluorita y a una temperatura de 50 á 70ºC se añade acido sulfúrico en la proporción de 1,4/ 1,0 de fluorita, se calienta durante a á 6 horas hasta llegar a una temperatura de 180ºC. CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2 HF 6 HF + SiO2 →H2SiF6 + 2 H2O H2SiF6 + PbO → PbSiF6 + H2O H2SiF6 + Pb → PbSiF6 + H2 Temperatura del reactor: 60 á 80ºC (6 á 7 horas Tiempo de agregado de acido: 6 horas Tiempo de carga de sílice: 6 horas Los materiales usados para la producción de ácido son: Fluorita (FCa) de 97,5 % de pureza Acido sulfúrico: 98 % de H2SO4 Sílice: 95 % de SiO2 Oxido de plomo o litargirio: 93 % de PbO
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Anodos Trafo Máquina espaciadora
+ Rectificador Celdas Comerciales Anodos Corroidos -
Lavado
Sump
Electrolito recuperado
Lavado
Electrolito
Reactivos adición
Acido fresco
Lodo
Cátodos
Máquina Vaciadora
Scrapp Olla recepción Control de calidad
Mesa moldeo barras
NaOH Olla fusión y afino
Pesaje Olla recepción
Rechazo Embalaje
Despacho
Electrolito gastado
Olla fusión
Mesa inclinada
Láminas arranque
Electrolito fresco
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