Capitulo1

INTRODUCCIN 1.1 La Pirometalurgia Los procesos de extraccin de metales se han desarrollado para recuperar producir metales de calidad comercial a partir de minerales, concentrados y productos secundarios.

La mayora de los metales se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos y se presentan en forma de mezclas ms o menos complejas de sulfuros, xidos, carbonatos y silicatos. Debido a que en el yacimiento el mineral se encuentra generalmente en una matriz rocosa sin valor comercial, el material que sale de la mina es sometido a procesos de concentracin en operaciones sucesivas de trituracin, molienda, separacin magntica, gravimetra, flotacin, etc., segn las caractersticas fsicas y qumicas del mineral. El objeto de estas operaciones es el de separar el mineral valioso de la ganga rocosa, con el objetivo de obtener un concentrado en el cual el contenido del metal valioso ha sido enriquecido en relacin al que se extrajo de la mina hasta un nivel a partir del cual se pueden realizar los procesos metalrgicos para la obtencin del lingote metlico. Estos procesos de obtencin de metal pueden ser pirometalrgicos o hidrometalrgicos.

Los procesos pirometalrgicos son los mtodos ms antiguos y de aplicacin ms frecuente de extraccin y purificacin de metales. Los metales ms comunes que se tratan por estos mtodos incluyen al hierro, estao, plomo, cobre, zinc, antimonio, bismuto, niquel, etc.

La Pirometalurgia se caracteriza porque sus operaciones de tratamiento, integran operaciones que se realizan a niveles de temperatura elevados, y utiliza el calor como fuente de energa para las transformaciones fsicas y qumicas. Estas operaciones de tratamiento pueden ser:

Operaciones de preparacin o acondicionamiento del mineral; son en general de baja o media temperatura; sus fines son de naturaleza fsica, como el secado; qumica como la calcinacin, tostacin o volatilizacin, o mecnica, como las diferentes formas de aglomeracin.

Operaciones de extraccin del metal, son en general de media o alta temperatura.

Operaciones de refinacin; con el objeto de obtener la composicin del metal exigida por el mercado.

Al equipamiento utilizado para realizar estas operaciones metalrgicas de alta temperatura, se conoce con el nombre genrico de hornos.

Un horno se puede definir como una unidad de proceso diseado para llevar a cabo transformaciones fsicas y/o qumicas a temperaturas elevadas en el material que es cargado en l, mediante la utilizacin de energa trmica. Con el objeto de concentrar el calor y alcanzar niveles elevados de temperatura, los hornos son generalmente instalaciones cerradas por medio de materiales refractarios, y disponen de medios para elevar la temperatura por medio de combustin o energa elctrica.

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El horno es el corazn de una planta pirometalrgica, y asociados a l, se encuentra una serie de equipamientos que comprenden: recuperadores de calor, limpiadores y captadores de polvo, conductos de gases, equipos para limpieza de gases, exhaustores, chimeneas, etc., diseados y construidos para el trabajo a temperaturas elevadas.

El conocimiento del trabajo de los hornos, comprende el estudio de una serie de factores que intervienen en su construccin y funcionamiento. Entre ellos podemos indicar:

- Propiedades fsico qumicas de los materiales que se cargan al horno. - Propiedades de los combustibles a emplear. - Equipos utilizados para la combustin. - Forma de utilizacin del calor producido, es decir su transferencia de la fuente calrica al producto o material

en tratamiento. - Forma y dimensiones del horno. - Temperatura deseada. - Recuperacin de calor. - Materiales refractarios. - Conductos de aire y mquinas soplantes. - Sistemas de limpieza de gases y polvos. - Detalles constructivos de la estructura del horno. - Equipos auxiliares.

Estos factores, sern tratados de manera sistemtica y detallada en el curso de MET 2240, Combustibles y Hornos Metalrgicos.

1.2 Los Hornos Metalrgicos y la Energa La energa trmica consumida en el trabajo de los hornos metalrgicos procede bsicamente de dos fuentes: combustibles y electricidad. Los combustibles lquidos y gaseosos de origen fsil: gas natural, petrleo y sus derivados, se utilizan en hornos dotados de quemadores, que se los conoce tambin con el nombre de hornos de llama. A nivel mundial el combustible pirometalrgico ms caracterstico es, sin embargo, el carbn, utilizado en una amplia gama de operaciones. La energa elctrica es tambin ampliamente utilizada, principalmente en operaciones de muy alta temperatura.

La importancia del carbn en los procesos de alta temperatura radica en su capacidad de actuar en el doble papel de aportador de energa trmica y qumica, esta ltima aplicada en la reduccin de xidos metlicos para obtener metales. Estas dos funciones: generacin de calor y reactivo qumico se anan en los hornos de cuba utilizados en las operaciones de reduccin carbotrmica. En estos hornos el carbn se incorpora a la carga como un reactante ms, y en el seno de ella sufre una combustin parcial por el aire que es soplado al horno, aportando la energa trmica que requieren los transformaciones fisico qumicas de la carga.

Nuestro pas, que posee en su subsuelo reservas importantes de gas, poco a poco viene cambiando su matriz energtica basada principalmente en el uso de petrleo, por gas natural. Todas las industrias metalrgicas utilizan este recurso o GLP para producir el calor necesario para sus procesos. Sin embargo, no existe a la fecha ninguna planta en el pas que reforme el gas natural a H2 y CO, para usar este combustible tambin como reductor de xidos, tal como sucede con el carbn.

1.3 Los Hornos Metalrgicos y la Ecologa El trabajo de los hornos convencionales utilizados en los procesos pirometalrgicos, est encontrando crecientes dificultades de adaptacin al medio natural, no slo en razn de su escala econmica, sino tambin por su carcter de ser una industria fuertemente consumidora de recursos energticos, y altamente generadora de efluentes, sobre todo

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atmosfricos. La ecologa est incidiendo de una forma muy importante en la estructura tcnica y econmica de los procesos pirometalrgicos desde hace varios decenios.

En una primera etapa, tras la incorporacin al marco legal de los pases desarrollados de normativas ambientales, la industria se vi obligada a completar sus procesos con operaciones de correccin de impacto, principalmente captacin y tratamiento de efluentes, pero esta poltica en muchos casos no ha alcanzado niveles suficientes y hoy la industria se enfrenta a la necesidad de replantearse muchos de los procesos convencionales basados casi exclusivamente en parmetros econmicos. El objetivo actual de la tcnica metalrgica es el de conjugar los aspectos econmicos con los ecolgicos con la esperanza de que el esfuerzo de desarrollo tecnolgico que ello supone rinda sus frutos.

Consecuencia de estas tendencias son el esfuerzo por integrar en operaciones unitarias las operaciones parciales desarrolladas en diferentes hornos al efecto de concentrar y localizar los puntos de emisin, lo que disminuye la cantidad de efluentes y facilita su control y captacin, y tambin el inters en desarrollar aplicaciones comerciales a los subproductos procedentes del tratamiento de efluentes.

La rpida asimilacin por parte de los pases de los conceptos fundamentales del Desarrollo Sostenible y la Ecologa Industrial, as como el elevado precio de los combustibles primarios, que son la fuente de energa para los hornos metalrgicos, ha obligado a que las plantas metalrgicas desarrollen estrategias para lograr un eficiente uso de los combustibles y un elevado nivel de eficiencia energtica en los procesos, y disminuir as el uso de estas materias primas no renovables.

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