Extracción de Metales: Procesos Pirometalúrgicos, Combustión y Materiales Refractarios

Pirometalurgia: Procesos Clave en la Extracción de Metales

La pirometalurgia es un conjunto de procesos químicos y operaciones físicas que se realizan a altas temperaturas. Su objetivo principal es la extracción de un metal a partir de uno o varios compuestos.

Etapas del Proceso Pirometalúrgico

• Secado de concentrado: Consiste en la eliminación parcial o total del agua (H₂O) contenida en los concentrados. Se requieren valores menores a 0,2% de humedad.
• Tostación: Oxidación parcial de los sulfuros del concentrado y la eliminación parcial del azufre de este como dióxido de azufre (SO₂). Ocurre a temperaturas entre 500° y 800°C.
• Fusión: Su objetivo es concentrar el metal mediante una separación de fases a alta temperatura. La escoria, pobre en el metal, es separada y descargada directamente. La mata o eje pasa a la etapa de conversión.
• Conversión: Elimina el azufre y el hierro presente en la fase sulfurada mediante la oxidación selectiva del baño fundido hasta obtener un cobre final puro llamado blíster.
• Piro Refinación (RAF): Reduce las impurezas como el oxígeno (O₂) y el azufre (S) presente en el cobre blíster y, en menor grado, otras impurezas metálicas. Genera ánodos de buena calidad física, química y mecánica.
• Moldeo: Enfriamiento del cobre anódico en moldes con el fin de formar ánodos sólidos.

Punto de fusión del cobre (Cu): 1083°C. Punto de fusión del hierro (Fe): 1588°C.

Combustión y Combustibles en Procesos Industriales

Combustible: Cualquier material que libera energía al cambiar su estructura química para producir calor. Sus propiedades son la volatilidad, calor de vaporización, peso específico, poder calorífico, consumo de aire, punto de congelación, pureza y residuos de combustión.

Combustión: Reacción química rápida del oxígeno (O₂), llamado comburente, con los distintos elementos que constituyen el combustible, principalmente carbono (C) e hidrógeno (H).

El aire se compone de 21% de O₂ y 79% de nitrógeno (N₂).

Tipos de Combustión

• Combustión completa: Mucho oxígeno, humo blanco, sin residuo, llama azul, produce dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).
• Combustión incompleta: Poco oxígeno, humo negro, residuo negro, llama amarilla, produce carbono (C), CO₂, monóxido de carbono (CO) y H₂O.

Aire en la Combustión

• Aire estequiométrico o teórico: Cantidad de aire necesaria y suficiente para asegurar la combustión completa de una unidad de combustible.
• Exceso de aire: En la práctica, es casi imposible una mezcla homogénea y total del combustible. Esto obliga a emplear una cantidad real de aire mayor a la estequiométrica. Su propósito es producir una combustión lo más completa posible.

Materiales Refractarios: Resistencia a Altas Temperaturas

Refractario: Material con alta resistencia, estabilidad mecánica e inerte que puede soportar altas temperaturas del orden de 1400°C y superiores.

Características de los Materiales Refractarios

• Soportar altas temperaturas sin fundirse o descomponerse.
• Elevada resistencia mecánica.
• Químicamente inerte bajo medios agresivos.
• Baja conductividad térmica.

Tipos de Refractarios

• Refractario ácido: Contiene cantidades importantes de sílice (SiO₂) que reacciona con refractarios básicos a temperaturas elevadas.
• Refractario básico: Reaccionan con refractarios ácidos.
• Refractario neutro: No reaccionan con ningún otro tipo de refractario.

Pasos para una Curva de Calentamiento de Refractarios

1. Temperatura para eliminar la humedad del refractario.
2. Zona de estabilización de temperatura.
3. Temperatura para retirar el agua de cristalización (H₂O).
4. Zona de estabilización volumétrica.
5. Temperatura de operación.
6. Zona de estabilización y distribución uniforme de temperatura por todo el refractario.