El Plomo: Propiedades y Minerales

El plomo se caracteriza por su buena maleabilidad, alta densidad, bajo punto de fusión y resistencia a la corrosión. Las menas de plomo son, en un 75%, mixtas (zinc-plomo), con una predominancia del 20% de Pb.

• Existe una asociación natural de plata con los minerales de plomo; el 70% de la plata se recupera en el proceso del plomo.
• El oro también está asociado al plomo, pero en menor cantidad.
• El principal mineral de plomo es la galena, que contiene un 86,6% de Pb.

Procesos de Extracción del Plomo

Proceso Artesanal (Obsoleto)

El proceso artesanal, llamado de forjas o escocés, consistía en el calentamiento de la galena en un ambiente oxidante. La galena reaccionaba con el óxido o sulfato, generando Pb y SO₂. Este proceso fue abandonado debido a su toxicidad.

Proceso de Reducción de Sínter en Horno de Cuba

Este proceso se basa en las siguientes etapas:

• El sínter está constituido por galena tostada y fundentes.
• La tostación de la galena (concentración final) elimina el SO₂ y deja un óxido poroso.
• El sínter se reduce en un horno de cuba con coque a altas temperaturas, con el objetivo de obtener plomo bruto (bullón), que, tras posteriores afinos, produce el metal.
• Se puede trabajar con enriquecimiento de aire en oxígeno (2-3%), lo que aumenta la producción (10-15%).

Zonas del Horno de Cuba

1. Zona Superior (200-300°C)
2. Zona de Reducción Indirecta: La temperatura alcanza hasta 900°C. El material sin fundir reacciona en contracorriente con el gas reductor, y en la parte baja inicia la fusión:

   PbO + CO → Pb + CO₂

3. Zona de Fusión:
   • Se forma escoria a partir de fundentes y componentes de la ganga a 1200°C.
   • Los silicatos de plomo formados se reducen con carbón sólido.
   • El cobre se une al azufre para formar mata. Si no hay azufre, el cobre se disuelve en el plomo.
   • El arsénico forma una fase fundida con Fe, Co y Ni llamada SPEISS.
4. Zona de Reducción Directa: Zona de contacto con la anterior, bajo las toberas.
5. Zona de Toberas:
   • Se quema el coque a CO₂ con gran desprendimiento de calor.
   • El equilibrio entre el coque y el CO₂ produce CO, el principal reductor de los óxidos metálicos.

Productos del Horno de Cuba

• Plomo impuro (bullón)
• Escoria ferrífera y cinífera
• Mata (si hay azufre en el metal)
• Speiss (si hay exceso de arsénico y metales como Ni, Fe y Co)
• Polvos que acumulan cadmio (recuperado en filtro de manga)
• Gas pobre

Recuperación de Zinc de las Escorias

Las escorias granuladas se cargan a un horno rotatorio con otros residuos, como polvos de acería. Se mezclan con carbón pulverizado, obteniéndose polvo de óxido de zinc y óxido de plomo, con una recuperación del 95% a 1000°C.

Otra opción es tratar las escorias en un horno de cuba o eléctrico, mezclándolas con carbón pulverizado o combustible líquido. Esto reduce el polvo de óxido de zinc y plomo de la escoria. Este proceso se conoce como volatilización de escorias (Slag Fuming).

Para mejorar la recuperación de Pb retenido en la escoria, se incluye una etapa adicional en un horno eléctrico que permite trabajar a altas temperaturas, llamado Horno de Tratamiento de Escorias.

Fusión Directa de Menas Sulfuradas

Existen varios métodos de fusión directa:

• Fusión Instantánea: Outokumpu, Kivcet, Kaldo, Boliden.
• Fusión a través de escorias: QSL, Isasmelt.

Proceso Outokumpu

El plomo entra al horno de oxidación, donde se genera una colada de Pb. Sin embargo, aún queda mucho plomo retenido en la escoria, por lo que esta pasa a un horno de reducción del cual se extrae Pb (bullón).

Proceso Kivcet

Tiene dos zonas, una oxidante y otra reductora, separadas por un tabique refrigerado. En la zona oxidante, se carga el concentrado, residuos de plomo, fundentes y coque a 1400°C, produciéndose Pb. Este pasa a la zona reductora, que opera en un horno eléctrico a 1350°C (se carga más carbón para reducir el plomo). La escoria se descarga con un 2% de Pb. Este proceso genera una gran contaminación por SO₂.

Proceso Kaldo de Boliden

Similar a un convertidor de soplado superior, funde concentrados de Pb con una lanza de oxígeno, produciendo plomo metálico y escoria con óxido de Pb.

Proceso Boliden (Horno Eléctrico)

En un horno eléctrico, con electrodos tipo Söderberg, se procesa un concentrado rico en galena, añadiendo cal, coque y polvo volador del proceso. Se produce una fusión oxi-reductora con una eliminación parcial del azufre y producción de Pb sulfurado y escoria pobre en óxido de Pb.

Proceso QSL

Se introduce una mezcla de concentrado húmedo, polvos reciclados, fundentes y carbón en un reactor cilíndrico. La primera parte es oxidante y la segunda, reductora, divididas por un tabique.

Proceso Isasmelt

Se utilizan reactores en los cuales se introduce una lanza. La carga de concentrado y fundentes se oxida casi totalmente. El bullón de plomo necesita un proceso de afino, ya que contiene impurezas como Cu, Fe, Zn, Arsénico, Antimonio, Estaño, Bismuto y metales preciosos. La mayoría del afino del metal se realiza por vía pirometalúrgica.

Procesos Pirometalúrgicos de Afino

• Descuprado
• Proceso Harris
• Proceso Parkes
• Descincado del Pb
• Desbismutado del Pb

Proceso Harris

Produce la oxidación de estaño, arsénico y antimonio al contacto con una mezcla de sales fundidas oxidantes, formadas por sosa y nitrato sódico. Cuando el plomo se pone en contacto con la sal fundida, se forman estannato, arseniato y antimoniato sódicos. Estos reaccionan con el Sn, As y Sb, ya que las impurezas tienen mayor tendencia a oxidarse que el Pb.

Proceso Parkes

El plomo con contenido de Ag y Au se pone en contacto con zinc fundido. El plomo se satura en zinc (aproximadamente 0,6% de este metal), produciendo el paso de los metales preciosos al zinc en exceso. Al enfriarse, se forman cristales de aleación plata-zinc que flotan sobre el baño metálico. Estos se separan y se tratan para recuperar los metales preciosos.

Descuprado del Plomo

La primera eliminación de cobre se produce cuando se enfría el metal, produciendo natas (dross) de Pb-Cu con otras impurezas. Para disminuir el contenido de Cu, se agrega azufre cerca del punto de fusión del Pb.

Desbismutado del Plomo

Se realiza en calderas a temperaturas de hasta 900°C, agregando Ca y Mg. El proceso Kroll-Betterton permite reducir el contenido de bismuto hasta un 0,0025%.

Afino Electrolítico del Plomo

La electrólisis se lleva a cabo en H₂SO₄. En este medio, el metal se afina al quedar en el lodo anódico, o en restos de ánodo, casi todos los metales más nobles que el Pb o el Bi.