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TRATAMIENTO DE LODOS ANÓDICOS PROCEDENCIA DE LOS LODOS ANÓDICOS Y COMPOSICIÓN Los lodos anódicos son subproductos de las plantas de refinación electrolítica de Pb y Cu respectivamente, que antes de ser destinados a la Planta de Residuos Anódicos pasan por operaciones de espesado, centrifugado y filtrado con la finalidad de reducir el contenido de humedad. Específicamente en Doe Run Perú Compañy La Oroya Division los lodos de plomo son transportados desde la refinería en carros metaleros, y los lodos de cobre en cilindros sellados. A continuación, se presentan los contenidos metálicos: Lodos de Cobre: %H2O

%Cu % Fe % S

% Pb % As % Sb % Bi % Se % Te % Ni

% SiO2

Ag*

18,4

5,18

23

16,8

274299 662

0,2

4,8

2,4

6,4

0,67

3,12

3,41

0,04

Au*

*g/TM Lodos de Plomo: %H2O

%Cu % Fe % S

% Pb % As % Sb % Bi % Se % Te % Ni

% SiO2

Ag*

Au*

37,0

1,11

17,6

0,6

83901

58

0,3

0,3

13,5

37

17,2

0,07

1,16

---

*g/TM FUNDICIÓN DE LODOS ANÓDICOS Antes de ingresar a los reverberos de fundición los lodos de plomo son secados en una mesa de cama estática y mezclada con polvos recuperados de los cottrelles de reverberos y de bag hause o casa de bolsa de los convertidores de la misma planta con la finalidad de reducir el contenido de humedad a rangos de 8 a 10% y aprovechar la riqueza metálica contenidos en los polvos, siendo la proporción de esta mezcla de 60% de lodos y 40% de polvos; el objetivo de esta operación es evitar explosiones dentro de los reverberos de fundición. En la

siguiente tabla se muestra las diferentes temperaturas de fundición de los elementos metálicos: Elemento T Fusión C Densidad Relativa Se 220 4,26 Sn 232 7,31 Bi 271 9,80 Pb 327 11,34 Zn 419 7,14 Te 453 6,24 Sb 630 6,58 As 814 (36 atm.) 5,70 Ag 961 10,50 Au 1063 19,30 Cu 1083 8,92 Fe 1535 7,70 El objetivo del proceso de fundición en los reverberos es transformar toda la carga del horno del estado sólido al estado líquido a todos los elementos presentes en los lodos (slimes); iniciándose en esta etapa un proceso de oxidación y volatilización de algunos de los elementos. Los parámetros de operación son: 

Carga por turno : 10 TM



T de fusión

: 900 – 1000C



Tipo de llama

: oxidante

Eventualmente se usa NaCO3 o soda caústica como fundente. Por las mismas condiciones de contenidos los lodos de cobre son fundidos separadamente sin mezcla alguna. CONVERSIÓN Y TRATAMIENTO DE LAS ESCORIAS Luego de fundida la carga es transferida al circuito de convertidores con la finalidad de realizar una oxidación selectiva del As, Sb y Bi que luego son descargados en forma de escoria. En la siguiente tabla se muestra el grado de afinidad del oxígeno por los elementos metálicos (tendencia a formar óxidos)

1.- Ca 2.- Mg

6.- Al 7.- Ti

11.- Na 16.- Sb 12.- Mn 17.- Pb

3.- Be 4.- Li 5.- Zr

8.- B 9.- V 10.- Si

13.- Zn 14.- Sn 15.- As

18.- Bi 19.- Cu 20.- Ag

El orden de oxidación de los metales esta en función a la energía libre de formación (GT), ya que mientras el valor negativo sea más alto el óxido tiende a ser más estable.

Oxido Sb2O5 Sb2O3 As2O5 As2O3 Bi2O3 Ag2O PbO

GT = 900C (Kcal/mol) -101,3 -92,9 -85,1 -81,47 -62,4 -39,5 -21,8

El proceso de oxidación selectiva es aplicado con la finalidad de eliminar el As y Sb en forma de escoria, concentrar al Bi en forma de óxido, concentrar a la Ag y eliminar al Cu. Los metales como el Pb, Si, Sn, Fe, Zn, Mg, Cd se van eliminando por arrastre mecánico en el momento de evacuar las escorias de Sb y As o la mata de Cu. Oxidación Selectiva del Antimonio: La escala de afinidad del oxígeno por los elementos indica que primero se oxida el Sb, el cual ha sido determinado en base al criterio de “Dodge”, que dice: “Toda reacción es posible cuando su incremento de energía libre varía entre el menos infinito y cero”; de esto: el metal cuyo óxido tenga el mayor valor negativo de energía libre de formación tendrá: 

Mayor afinidad por el oxígeno



Mayor estabilidad

Ecuación Termodinámica de Energía Libre: GT = H – T S Reacción de oxidación:

2Sb 0 2(10,5)

+

5/2 O2 0 5/2(49)



Sb2O5 -234,4 29,9

H S

GT = -234,4 – (-0,1135T) Para T = 900C (1173 K) temperatura de operación del convertidor. GT = -101,2645 Kcal/mol Oxidación Selectiva del Bismuto: Reacción de oxidación: 2Bi 0 2(13,6)

+

1 1/2 O2 0 1 1/2(49)



Bi2O3 -137,9 36,2

H S

GT = -137,9 – (-0,0645T) Para T = 900C (1173 K) temperatura de operación del convertidor. GT = -62,4 Kcal/mol Objetivos del Proceso de Conversión: 

Oxidación del antimonio y se elimina en forma de escoria.



Oxidación del bismuto, para incrementar su concentración y luego ser tratado posteriormente por reducción y refinación.



Obtener metal de plata con un 50% de concentración llamado coopel feed para su tratamiento posterior en copelas.

PROCESO DE OXIDACIÓN EN COPELAS En este proceso se oxidará al selenio y telurio mediante la inyección de aire a través de lanzas, el objetivo de este proceso de oxidación es aumentar la concentración de la plata hasta obtener un producto llamado doré con valores de plata de 98% y 0,3% de Au que

luego son moldeados en forma de ánodos llamados slabs y que estos son enviados a la Refinería de Plata para su posterior tratamiento. Las reacciones que controlan el proceso son: 2NaNO3 2NaO2 + Se 2NaO2 + Te Te O2 Se O2

    

GT = 13,66 Kcal/mol GT = -11,77 Kcal/mol GT = -111,8 Kcal/mol GT = -27,49 Kcal/mol GT = 74,1 Kcal/mol

Na2O2 + 2NO2 SeO2 + Na2O TeO2 + Na2O TeO2 SeO2

Observando las energías libres de formación, las probabilidades de formación de los óxidos son muy escasos, lo que explica la volatilización de estos compuestos que son recuperados en bag hause, scruber y cottrell de copelas. También es una razón por la cual se usan mezclas de nitrato y carbonato para remover estas impurezas. PROCESO DE REDUCCIÓN DEL BISMUTO Primera fase: 3C + Ag O + CuO + Bi2O3 + PbO + 2

2O2 CO CO 3C CO

    

2CO 2Ag Cu 4Bi Pb

  

Cu2S + Cu2S + 2Cu +

+ + + + +

CO2 CO2 CO2 3CO2 CO2

Segunda Fase: 2Cu + 2CuO + 2CuO +

FeS2 FeS C

FeS FeO CO2

REFINERIA DE PLATA El dore obtenidos a partir de los residuos anódicos es disuelto con ácido nítrico para obtener una solución que es sometida al proceso de deposición electrolítica en celdas Thum de fibra de vidrio y así obtener plata refinada de 99,997% de pureza, que luego es fundida en barras de 1000 onzas. El sólido remanente de la celda será secado, fundido en retorta y purificado con ácido sulfúrico en caliente para obtener oro bullón de 99,85% de pureza.