“RECUPERACIÓN DEL TELURO EN LA LIXIVIACIÓN DE BISMUTO”Estudiantes: Carlos Remigio Rojas Requín

José Aliaga AcostaUNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚFacultad de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales

I. ASPECTO INFORMATIVO.I.1. RESUMEN:

El Teluro es obtenido a partir de los productos secundarios provenientes de los residuos anódicos con soda cáustica de la fundición de cobre y cadmio contenidos en los concentrados de sulfuro de cobre en la planta de fundición. Las diversas operaciones y procesos que se realizan para la obtención del teluro se define prácticamente en 4 etapas:

1° etapa: Acondicionamiento y tratamiento de la materia prima.2° etapa: Tostación de los concentrados de Cu3° etapa: Obtención del oxido de Cu4° etapa: separación y obtención del telurio.

De tal manera que se pueda obtener un teluro refinado de alta pureza. Actualmente la recuperación de este metal no supera el 80%, debido al control inapropiado de los parámetros, y las aplicaciones encontradas para su recuperación metálica ha cobrado inusitado interés, obligando involuntariamente en las perdidas de este producto, en el circuito de Cu, las misma que ascienden a US $ 200 000 en perdidas anuales en le residuo denominado “sedimento de teluro” la cual tiene como destino la planta de residuos anódicos (fundición de Cu).

Este problema es superado con creces por la optimización del proceso materia del presente trabajo de investigación, en cual procedemos a optimizar las diferentes variables involucradas en cada etapa, las que van a permitir con significativas ventajas, la incrementación en la recuperación de teluro y por ende la producción del bismuto

I.2. RESEÑA HISTORICA:BISMUTO

BISMUTO EN EL PERÚEl Perú es segundo productor de bismuto en el mundo, cuya

explotación se inicia en 1904 en la mina de San Gregorio, cerca de Colquijirca, en el departamento de Pasco. La producción y exportación a Europa, continúa hasta 1914, fecha en la cual la exportación se descontinúa y la producción se almacena los años 1915 y 1916; el año 1917 San Gregorio paraliza la producción y la mina “La Regla” en Cerro de Pasco, produce 14 t. Esta discontinuidad se debe a las ofertas sobre

el control de precios y forma de pago que realiza el Trust de refinadoras de bismuto, formado por:

Jonson Matthey & Co. De LondresFundiciones Reales de Freiberg y Oberschlem de SajoniaDeutsche Gold and Silberscheideanstalt de Franckford

En los años 1918 y 1919 se experimenta para producir bismuto fundido en barras, que se exportan en 1920, con resultados no satisfactorios que obliga a producir concentrados de 60%; la exportación se reanuda en 1929 con la producción de la fundición de La Oroya en dos formas: bismuto refinado (99,9995%) y barras de plomo – bismuto (40 – 60%)

REFINADOCentromín – Perú produjo en su fundición – refinería de La Oroya

512 430 kg de bismuto refinado, logrando un producto de alta pureza (99.9995% Bi) que ha hecho mundialmente famoso al bismuto del Perú.Los lodos anódicos de las refinerías de Pb y Cu son tratados conjuntamente en la planta de residuos anódicos. Estos lodos anódicos o slimes, mezclados uniformemente alimentan los hornos de reverbero llamados también hornos de fusión oxidante a 800 – 900°C. Luego de fundidas las cargas, tanto el metal como la escoria pasan a las convertidoras donde haciendo pasar aire a través del metal fundido se separa por escoriamiento y oxidación selectiva primeramente el antimonio, el que se va sacando del medio hasta la aparición de una coloración casi negra, se sigue entonces el proceso de oxidación para separar el bismuto de la Ag igualmente en forma de escoria, dándose por terminada esta etapa cuando el metal de las convertidoras tiene de 50 a 55% de Ag, este metal es transformado a una copela donde como primer paso se obtiene igualmente por oxidación, otra escoria de bismuto. Separado el Bi se sigue el escoriamiento mediante un nitrato alcalino obteniéndose una escoria rica en Te como consecuencia de estos escoriamientos en la copela se obtiene por condensación de los humos un polvo rico en selenio llamado por eso polvo e copela.

Las escorias de Bi, tanto de convertidoras como de copela, con un promedio de 25 a 30% de bismuto, son reducidas a metal en hornos de reverbero con el agregado de carbón.

El bismuto crudo ensayado de 75 a 85% es descargado de los reverberos y refinado por una serie de procesos químicos metalúrgicos muy interesantes, en un sistemas de ollas, en la primera de las cuales al enfriarse el metal es separado el Cu como dross; el bismuto es después tratado con soda cáustica con el objeto de separar el antimonio, teluro y algo de selenio acompañado desde luego, de otras impurezas y dando por resultado una escoria cáustica. Separada esta escoria se deja enfriar el metal lentamente, formándose un segundo dross de Cu en menor proporción que el primero y llamado dross o mata fria de Cu que se separa. El Bi pasa a una segunda olla donde se calienta hasta unos

600°C y alli se efectua el desplatado mediante el agregado de Zn electrolitico en cantidad requerida por el contenido de Ag en el metal aprovechándose la gran afinidad de la Ag por el Zn con el que forma una aleación insuluble en el medio y de mas alto punto de fusión que flota encima del Bi en forma de mata grumosa y que luego se separa. El Bi se pasa después a una tercera olla efectuándose un ultimo desplatado para eliminar cualquier vestgio de Ag yendo el metla a una cuarta olla donde por inyección de cloro gaseoso se elimina el Pb y el Zn en forma de cloruros.

La escoria formada se separa transfiriéndose el metal a una quinta olla en la que se inyecta aire para eliminar todos los cloruros que hayan podido quedar ocluidos. El Bi va luego a una ultima olla donde es tratado con soda caustica para eliminar algunos vestigios de Sb que siempre hay en el ambiente o que viene con el metal mismo e igualmente como ultimo lavado de metal, quedando el metal completamente refinado y listo para moldearseEn la fundición y refinería de La Oroya se esta recuperando el 80 y 90% de Bi que ingresa al sistema.

EXPORTACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN.Generalmente el Perú exporta el 50% de Bi refinado y contenido

en los concentrados a los USA; 49% Europa y 1% a America Latina. El consumo nacional se restringe principalmente en trabajos de orfebrería en un 93%, en la industria química el 5% y en la industria farmacéutica un 2%.

En la comercialización de Bi podemos especificar:Producto: Bismuto refinadoForma: Lingotes para fundir, agujas, polvoPureza: 99.999%

Análisis típicoElemento %Bismuto 99.999Plata 0.0000Cobre 0.0001Antimonio 0.0000Plomo 0.0000Zinc 0.0002Fierro 0.0002

Producto: Barras plomosasForma: Lingotes

Análisis TípicoElemento %Bismuto 60Plomo 40Plata 8 – 10 onz/ton

RECURSOS Y RESERVAS:Para evaluar el potencial de recursos y reservas parciales del Bi

en el Perú se toman referencias unicamente el contenido de Pb en los yacimientos.

Estas cifras extraidas de estudios estadísticos fluctúan por estudios en laboratorios químicos metalúrgicos de cada planta concentradora.Estas cifras no son coincidentes con las fuentes internacionales.

USOS DEL BISMUTO:

ALEACIONES.Amplio rango de aleaciones para fundición, especialmente de bajo

punto de fución y bajo indice de dilatación.

ADITIVOS METALÚRGICOSAgente aleante para mejora de la maquinabilidad y maleabilidad

de los aceros.

INDUSTRIA QUÍMICA – FARMACEUTICA.Sales, pigmentos de pinturas y plásticos, en cosméticos para

lápices labiales y polvos faciales y en la industria farmaceutica.

OTRAS APLICACIONES.El uso de Bi es importante en la fabricación de reactivos

industriales inorgánicos como la preparación de acrylonitrilo (acrílico), es usado en la fabricación de fibras sinteticas. Para el uso en centrales de temperatura automatica, maquinarias de uso electrico y electricidad, electrónica para la prevención de sobrecargas electricas en equipos, para la fabricación de capacitadores cerámicos y en dispositivos de seguridad contra incendios.

USOS DEL BISMUTOAleaciones 23,3%Aditivos metalúrgicos

32,6%

Industria química 39,0%Otros 5,0%

TELURO

TELURO EN EL PERÚ:El teluro se produce en el Perú en la fundición – refinería de La

Oroya. Se recuperó, por primera vez, en 1955, en el laboratorio del departamento de investigaciones de La Oroya. En noviembre de 1958, se obtuvo en forma industrial, convirtiéndose inmediatamente el Perú en uno de los principales productores del mundo (ocupa entre el 3° y 4° lugar).

METALURGIA:Desde que el teluro en el Perú es un elemento que casi siempre

viene asociado al selenio, su recuperación en la empresa, sigue el mismo camino hasta la etapa de precipitación como acido teluroso.

PRODUCCIÓN EXPORTACIÓN Y CONSUMO:El consumo nacional del teluro es esencialmente en la industria

petroquímica y en la industria metalúrgica:

METALURGIA: Para mejorar la maquinabilidad de los aceros.ELECTRÓNICA: En células fotoeléctricas y semiconductores.INDUSTRIA QUÍMICA: Pesticidas, explosivos y caucho vulcanizado.OTROS: En maquinas fotocopiadoras combinadas con el selenio.

COMERCIALIZACIÓN:El siguiente cuadro resume la comercialización del teluro:

Producto: Teluro refinadoForma: Lingotes barras 1” diámetro; barras 1 1/8” diámetro

Análisis típico:Elemento %Teluro 99,80Cobre 0,0200Plomo 0,0150Plata 0,0080Bismuto 0,0200Antimonio 0,0010Cadmio 0,0001Fierro 0,0003Estaño 0,0001Selenio 0,0800Aluminio 0,0001Imp. Máximas 0,2000

EMBALAJE:Los ligotes y barras de 1” de diámetro son embalados dentro de

cajas de madera, aseguradas con clavos y flejes metálicos. Las barras de 1 1/8” son envueltas en papel y guardadas dentro de un tambor metálico. La tapa del tambor es sellada a presión.

Producto: Barras plomosasForma: PlanchasPureza: 38,0%

Análisis típicoElemento %Teluro 38,00Plomo 62,00

EMBALAJE:Las planchas para fundir son embaladas dentro de cajas de nadera, forrada interiormente con papel grueso. Las cajas de madera son aseguradas con clavos y flejes metálicos.

I.3. ENTIDAD PARTICIPANTE EN LA INVESTIGACIÓN.DOE RUN PERU – La Oroya División (Planta de residuos anódicos)

I.4. LUGAR DE INVESTIGACIÓN: Laboratorio de investigación Metalúrgico de la Empresa DOE

RUN PERU – La Oroya División. Laboratorio de Química Analítica de la UNCP Facultad de Ing.

Metalúrgica y de Materiales (Planta Piloto – Yauris).

II. ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN.II.1. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO.

II.1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.Es conocido el hecho de que la fuente más importante para la

obtención del Telurio en su forma metálica, la constituyen los Residuos Anódicos producto de la electrorefinación en la obtención del cobre electrolítico, donde el telurio se encuentra en niveles que hacen extremadamente deseable su recuperación.

La unidad de bismuto, de la planta de residuos anódicos se trata mensualmente 305 TMS de este material, mediante el proceso hidrometalúrgico, el mismo que reporta recuperaciones de bismuto, definitivamente bajas, que distan apreciablemente de llegar a un 50% en su recuperación; originando de esta manera, grandes perdidas de telurio, en el sedimento de bismuto (etapa de lixiviación), así como en la esponja de selenio (etapa de precipitación), la misma que sugiere que se optimicen los parámetros operativos, no solo para poder reducir las perdidas de esta especie metálica, sino también, para disminuir el consumo del fluosilicato de sodio, reemplazando éste por electrolito gastado (spent).

II.1.2. OBJETIVOS: Incrementar la recuperación de telurio a un nivel conservador

de 80%, la cual redunda en una mayor producción de este metal.

Disminuir el uso de ácido sulfúrico como reactivo fiscalizado; sin generar costos de operación ni modificaciones en las instalaciones de la planta.

Obtener productos más dóciles para su tratamiento posterior que generen menores perdidas de otros valores metálicos.

II.1.3. MARCO TEORICO.Mayormente el Telurio pasa a la solución, dejando el integro o

la gran parte de los otros componentes en el producto sólido. En algunos casos el fin en el producto de lixiviación es transferir los acompañantes mayores, presentes en cantidades considerables, en la solución; aquí el telurio se despreciara en el producto sólido (hasta una concentración correspondiente alta).

El orden para llevar a cabo la lixiviación selectiva, se basa en ciertas propiedades del telurio y sus componentes

Si el material inicial consiste de una mezcla mecánica de partículas metálicas telurio / bismuto, zinc, cobre, plomo y otros metales, es posible llevar a cabo la lixiviación fraccional de los metales individuales por el uso estructurado de la diferencia de sus solubilidades en ácido sulfúrico. Así, es posible extraer bismuto de una mezcla de Zn, Cd y Cu en el producto inicial por la acción de una solución de H2SO4 (introducido en cantidades también calculadas que la acidez no exceda un determinado nivel), y deja el Bi y Te en el producto sólido. Cuando el deposito sólido es subsiguientemente lixiviado con una solución fresca de H2SO4 el Bi pasa a la solución, El Cu, Ni, Co y As presentes, permanecen predominantemente en el producto sólido. Por este medio es posible obtener soluciones de CdSO4 Conteniendo pequeñas cantidades de Cu, Cd y otras impurezas.

II.2. METODOLOGÍA DEL ESTUDIO.II.2.1. METODO DE INVESTIGACIÓN

El método a utilizar será el del análisis teórico de las partículas Fisicoquímica de los compuestos del Cu (telurio y otros).

Las pruebas experimentales, tales como: Selección de muestra. Estudio de muestra. Prueba de laboratorio. Evaluación de las pruebas. Conclusiones.

II.2.2. DISEÑO METODOLOGICO:a) Población y Muestra.Residuos anódicos, existente en los tanques de electrorefinación en la obtención del Cu, ubicado en las instalaciones de la planta de refinería de Cu.

b) Técnicas y Procedimiento de la Recolección de Datos.Trabajos de investigación Universidad – Empresa. Los datos y materiales son proporcionados por la empresa en mención.

c) Técnicas de Procedimiento y Análisis de Datos.Composito químico mensual del proceso de los últimos 2 años.d) Materiales y Equipos.Materiales, equipos e infraestructura proporcionados por la Empresa.

III. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. C.H. Mathenson, telurio, The Science and Technology of the Metal,

its alloys and Compounds 1974 Ingalls, The Metallurgy of Tellurium and Bismuth H.D. Hofman, Metallurgy of Bismuth an Cadmium. Kirk Othmer. Enciclopedy of Chemical Tecnology, Tomo XV. John Perry, Manual del Ingeniero Químico, Tomo I A. Blenderman – L.M. Hassekieff, tratado moderno de metales no

ferrosos. Chizhikov, Bismuto Melting Plant, Metallurgy of Lead, Koper and Zinc. K.A. Phillips, Course by American Society of Metal Bismuth. N.F. Budgen, Cadmium Plant of Anaconda Copper Mining. Hampel, Rare Metals Handbook. M.E. Wadsworth, Rate Process in Hydrometallurgy. DOE RUN PERU, Reportes de la Unidad de Residuos Anódicos.