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Tecsup Virtu@l

Lima Per 2008

Tecsup Virtu@l Tpicos de Fundicin de Minerales de Oro

IINNDDIICCEE

FUNDENTES Y ESCORIAS 1. Ontroduccin .................................................................................................... 1 2. Objetivos ......................................................................................................... 1 3. Propiedades de los fundentes ............................................................................ 1

3.1 Fundentes oxidantes ................................................................................. 2 3.2 Fundentes reductores ................................................................................ 2 3.3 Fundentes neutros o reguladores ............................................................... 3 3.4 Metales colectores ..................................................................................... 3

4. Descripcin de los principales fundentes ............................................................ 3 5. Capacidad reductora de sustancias usadas en la cuantificacin del oro y la plata .. 6

5.1 Composicin de una mezcla fundente ......................................................... 6 5.2 Mezcla fundente para diversos concentrados ............................................... 6

6. Principales reacciones durante la fundicin ......................................................... 7 7. Las escorias ..................................................................................................... 8 8. Cuantificacin del proceso ............................................................................... 10 9. Prctica del anlisis qumico de oro por fundicin ............................................. 14 10. Resumen........................................................................................................ 19


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UNIDAD II

FUNDENTES Y ESCORIAS

1. INTRODUCCIN

Previamente a describir los procesos de fundicin, invitamos a los participantes de este curso virtual a identificar los fundentes usados en la pirometalurgia del oro y las escorias que se producen en el proceso. Si bien es cierto que la separacin del oro y plata contenidos en diversos concentrados y minerales, se realiza preferentemente y en forma satisfactoria mediante fusin, fundamentados en explicaciones empricas que no eran suficientemente conocidos. Actualmente, con el conocimiento de los mecanismos fsicos y qumicos se puede determinar e identificar fcilmente las principales variables del proceso. Mediante la identificacin de las diversas reacciones qumicas de oxidacin y reduccin que ocurren entre los fundentes y la ganga durante el proceso de fusin, se puede cuantificar una adecuada carga de fundentes en concordancia a la temperatura y su velocidad de incremento, a las caractersticas de los materiales y reactivos usados, principalmente en funcin a la composicin del concentrado a fundirse. El producto de la mezcla ptima de fundentes, colector y concentrado aurfero, permitir conseguir; fundamentalmente, una escoria fluida que, a travs de la cual precipiten hacia la base del crisol. Los minsculos glbulos fundidos de metal precioso en su trayectoria se conectan con otras partculas de metal, todas en su conjunto, en la base del crisol darn a la formacin del Dor.

2. OBJETIVOS

a) Identificar y caracterizar los fundentes usados en los procesos de fusin. b) Diferenciar y seleccionar los fundentes adecuados de un proceso especfico. c) Identificar y caracterizar las escorias producidas en los procesos de fusin. d) Cuantificar las reacciones qumicas estequiomtricas.

3. PROPIEDADES DE LOS FUNDENTES

Este tema es tratado ampliamente en otra parte del curso virtual, pero es necesario adelantar las siguientes propiedades:

a) La temperatura de fusin debe ser inferior a la de los metales a recuperar. b) La densidad en estado de fusin debe ser menor que la de los componentes del

concentrado aurfero.

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c) Debe solubilizarse en el metal para que su accin qumica sea eficaz. d) Los xidos formados no deben ser solubles en el bao metlico. e) Debe tener una baja presin de vapor y no desprender gases txicos. f) En estado fundido, debe tener gran avidez por los xidos metlicos base y otras

impurezas.

El objetivo de la carga fundente (Flux) es producir una escoria con las siguientes propiedades:

Bajo punto de fusin Baja viscosidad Baja densidad Alta solubilidad de los xidos de los metales bsicos No solubilidad de los metales preciosos Mnima accin sobre los refractarios (corrosin / abrasin) Fcil de romper para volver a ser tratado (Vidrioso y frgil)

CLASIFICACIN DE LOS FUNDENTES Previamente al desarrollo de los procesos pirometalrgicos, es importante detenernos a revisar la aplicacin de los reactivos fundentes. La clasificacin de los fundentes, est generalmente basada en su accin frente a los componentes del material a fundirse, ellos pueden ser llamados fundentes oxidantes, fundentes reductores y fundentes neutros o reguladores. 3.1 FUNDENTES OXIDANTES

Estos fundentes oxidantes o depuradores, proporcionan oxgeno para convertir los metales base en xidos y escorificarlo. Entre ellos tenemos: Nitrato de potasio Nitrato de sodio Cloruro de sodio

Este ltimo es usado generalmente para purificar el oro de alta ley. Escorifica la plata, el cobre, el zinc y otros metales.

3.2 FUNDENTES REDUCTORES

Los fundentes reductores son los que eliminan el oxgeno, o se combinan con l y pasan a la escoria. Transformando los xidos metlicos a metales propiamente. En la mayora de los casos es requerido nicamente para transformar el xido de plomo a plomo metlico, actuando ste como colector del oro y la plata. Entre las sustancias que actan como reductores, tenemos:


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El carbn vegetal. Las harinas vegetales. El zinc. El hierro. El carbonato de sodio. El carbonato de potasio.

3.3 FUNDENTES NEUTROS O REGULADORES

Son los que no producen oxidacin ni reduccin, sirven como solvente de las impurezas producidas por la accin de los fundentes oxidantes y reductores. Su presencia en cantidad considerable, es importante para proporcionar la fluidez y solubilidad de las impurezas. A este grupo pertenecen: Brax. Slice. Vidrio molido.

3.4 METALES COLECTORES

Entre los metales colectores del oro, podemos mencionar en orden a su efectividad; la plata, el plomo, el cobre y el zinc. Estos metales son adicionados en forma de polvo o como limaduras, con la finalidad de lograr una gran dispersin en la mezcla y colectar la totalidad del oro presente. El plomo es el metal comnmente conocido para colectar el oro, pero no los metales del grupo del platino. El plomo suministrado como litargirio, se mezcla ntimamente con el material aurfero y los fundentes apropiados. La plata es mejor colector del oro que el plomo. Por razones econmicas usualmente es empleado en combinacin con plomo. Esta aplicacin de la plata no debe ser confundida con su uso para incuartacin en el proceso de particin o separacin del oro. Las ventajas que brinda el cobre como reactivo colector tambin son de inters; primordialmente, disminuye la contaminacin ambiental (en comparacin al plomo es nula). La dificultad de uso es superado fcilmente mediante una adecuada mezcla de fundentes.

4. DESCRIPCIN DE LOS PRINCIPALES FUNDENTES

A continuacin, en la Tabla 1 se citan los reactivos que se utilizan con ms frecuencia en el proceso de extraccin y/o recuperacin de los metales preciosos contenidos en los materiales aurferos.


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Tabla 1: Fundentes usados en la recuperacin de los metales preciosos

Nombre Frmula P. Molecular T. Fusin C Brax granulado Na2B4O7 201,2 742

Carbonato de sodio NaCO3 106,0 852 Nitrato de potasio KNO3 1001,1 339

Slice SiO2 60,0 1723 Carbn X.CN ----- -----

La tabla 1 ha sido extrada del libro de Vladimir Arias que es referenciada en la bibliografa del texto virtual.

Sobre la base del texto de Vladimir Arias, a continuacin presentamos la descripcin de cada reactivo fundente. BORAX El brax es el tetraborato de sodio, reactivo fuertemente cido, se presenta bajo la forma de cristales transparentes o como polvo blanco, su frmula qumica es Na2B4O7.10H2O, (contiene 47% de agua). Cuando es calentado por encima de 60C empieza a perder agua hasta 350C, cuando ya se encuentra libre de agua su densidad aumenta a 2.37. Sus propiedades ms importantes son: Es soluble en agua. En solucin disuelve los xidos metlicos. Densidad en estado cristalizado, 1.71 En estado fundido sirve de solvente a los xidos metlicos y dems impurezas. Funde a 878C. Al combinarse con los metales facilita su fusin. No disuelve el carbn ni el grafito.

CARBN VEGETAL Este material es utilizado en forma de polvo, el cual ayuda a reducir los metales o sea, a convertir los xidos metlicos a metales propiamente.

CARBONATO DE SODIO El carbonato de sodio, reactivo poderosamente bsico, es considerado un desoxidarte y desulfurante. Su frmula qumica es Na2CO3, se presenta en forma de polvo anhidro, cuya densidad es 2.53 y en estado cristalino su frmula es Na2CO3.10H2O. Sus propiedades ms importantes son: Soluble en agua.


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Densidad en estado cristalino, 1.45 Es higroscpico, o sea que absorbe agua del aire. Funde a 850C y a 950C se disocia parcialmente, despidiendo dixido de

carbono.

CLORURO DE SODIO Es la conocida sal de cocina o sal comn, NaCl, cuya densidad es 2.17, se encuentra en forma de cristales incoloros. Sus principales propiedades son: Soluble en agua. Temperatura de fusin 800C Es higroscpico. Generalmente es usado en la fundicin del oro a fin de eliminar las impurezas en forma de cloruros.

NITRATO DE POTASIO La ms conocida como sal de nitro, es un poderoso reactivo oxidante, se presenta en forma de cristales incoloros, cuya densidad es 2.1. Sus principales propiedades son: Es soluble en agua. Temperatura de fusin 339C. Se descompone cerca a los 400C, liberando oxgeno. La gran desventaja de su uso es de oxidar la plata y causar la ebullicin del

bao. Generalmente es utilizado para purificar aleaciones de oro.

SILICE Es un reactivo de propiedades cidas, se suministra en forma de polvo blanco. Produce una escoria fluida. Se combina fcilmente con los xidos metlicos, especialmente con el xido de hierro. Protege al crisol de la accin corrosiva del litargirio y el brax.

VIDRIO MOLIDO Se utiliza en esa forma a fin de facilitar el contacto con los xidos y escorificarse. Efecta funciones muy similares a la slice, por ello en algunos lugares preferiblemente se utiliza la slice.


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5. CAPACIDAD REDUCTORA DE SUSTANCIAS USADAS EN LA CUANTIFICACIN DEL ORO Y LA PLATA

Este tema es importante para entender lo que ocurre en los procesos de fusin, por lo que invitamos al participante del curso virtual a detenerse en este tema y no continuar hasta comprenderlo.

En la cuantificacin de los metales preciosos, la principal sustancia que quiere ser reducido y as poder cumplir su cometido, es el xido de plomo (litargirio); para ello, generalmente se usa el carbn vegetal en polvo. La sustancias que frecuentemente suele suplir al carbn vegetal (y sin producir efectos secundarios), tienen las siguientes capacidades de reduccin.

Almidn de yuca.......................... 8 - 13 Azcar a granel........................... 10 - 14 Carbn vegetal............................ 20 - 28 Harina de trigo............................ 11 - 15 Chatarra de hierro....................... 3 - 6

5.1 COMPOSICIN DE UNA MEZCLA FUNDENTE

La composicin de la mezcla de fundentes es determinada en base al anlisis qumico del material a fundir, pero ello, generalmente no es posible, por el gasto que ocasionara, especialmente cuando se va a recuperar materiales provenientes de pequeos talleres. Un conocimiento del porcentaje aproximado de los constituyentes qumicos del material, permitir calcular la composicin de la mezcla fundente. La composicin de estas mezclas puede presentar grandes diferencias, dependiendo del tipo de residuo. Por la experiencia en el tratamiento de materiales y metales aurferos, se puede recomendar utilizar las siguientes cargas de fundentes.

5.2 MEZCLA FUNDENTE PARA DIVERSOS CONCENTRADOS

a) Fundente para precipitados con zinc.

El precipitado obtenido es fundido con una cantidad apropiada de una mezcla de fundentes, a fin de lograr una rpida fusin, con la consiguiente fluidez de la escoria y garantizar su limpieza. Para 10 kilos de precipitado, se recomienda utilizar: Brax granulado .. 3 kilos. Carbonato de sodio 5 kilos. Nitrato de potasio 1/2 kilos.


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Slice en polvo .... 1.0 kilos.

Estos reactivos y el precipitado deben ser ntimamente mezclados, reducindose completamente cualquier grumo o terrn, de sta manera contribuir a la eficiencia del proceso.

b) Fundente para recortes y productos de deformacin.

Este material generalmente se cubre con una mezcla de brax y carbonato, en cantidad tal que cubra el metal fundido y evite la oxidacin. Por cada 100 gr. de metal, se recomienda utilizar:

Carbonato de sodio 10 gr. Brax 20 gr.

c) Fundente para la ceniza de las lijas.

Por cada 1000 gr. de ceniza, se recomienda utilizar:

Carbonato de sodio 800 gr. Brax 500 gr. Litargirio 250 gr. Slice 400 gr. Carbn vegetal 50 gr.

Esta mezcla de fundentes tambin, en algunos casos es til para fundir el polvo rojo.

d) Fundente para el oro fino.

En este caso, los fundentes sirven para eliminar parte de las impurezas del oro casi puro. El oro afinado por encuarte, suele tener un ttulo de 980 a 996 milsimas y si, al fundirlo, el ttulo mejora en varias milsimas. Por cada 100 gr. de oro, se recomienda utilizar:

Nitrato de potasio 10 gr. Brax 10 gr.

6. PRINCIPALES REACCIONES DURANTE LA FUNDICIN

Sobre la base del artculo de Vladimir Arias presentado en la Convencin Minera de 1997, a continuacin presentamos las reacciones qumicas que se han identificado durante el proceso de fundicin:


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El brax es un poderoso reactivo cido con gran afinidad por los xidos metlicos. Sin embargo, el exceso de brax es perjudicial, previene la formacin de una escoria fluida y la separacin del rgulo. 3MO + Na2B4O7 + 2SiO2 Na2B2O4 + MB2O4 + 2MSiO3 (1) 3M2O3 + 3Na2B4O7 + 6SiO2 3Na2B2O4 + M2(B2O4)3 + 2M2(SiO3)3 (2) 3MSO4 + Na2B4O7 + 2SiO2 Na2B2O4 + MB2O4 + 2MSiO3 + 3SO3 (3) 3Na2CO3 + Na2B4O7 + 2SiO2 2 Na2B2O4 + 2Na2SiO3 + 3CO2 (4)

El carbonato de sodio es un poderoso fundente bsico que prontamente forma silicatos alcalinos y por su accin qumica es considerado como un reactivo oxidante y desulfurante. En combinacin con el litargirio forma sulfatos.

MS +4PbO + Na2CO3 MO + 4Pb + Na2SO4 + CO2 (5) 2FeS2 + 14PbO + 4Na2CO3 + SiO2 14Pb + 4Na2SO4 + Fe2SiO4 + 4CO2 (6) 10FeS2 + 28KNO + 6Na2CO3 + 5SiO2 14K2SO4 + 6Na2SO4 + 5Fe2SiO4 +

14N2 + 6CO2 (7) 5M2S + 8KNO 5M2O + 4K2SO4 + SO3 (8) 4KNO3 + 2SiO2 2K20.2SiO3 + 2N2 + 4O2 (9) 2PbO + C 2Pb + CO2 (10)

El silicato es un reactivo cido muy fuerte. En combinacin con el litargirio y otros xidos metlicos forman silicatos de gran estabilidad, tomando parte fundamental de las escorias y favoreciendo su clasificacin.

7. LAS ESCORIAS

Sobre la base del texto de Vladimir Arias, una escoria puede ser definida como una fase que contiene substancias intiles de un mineral y que, inevitablemente estar en cualquier proceso pirometalrgico que involucre sistemas fundidos. Las escorias consisten, por lo general, en mezclas solicitadas, a continuacin para diferentes procesos de fusin de minerales o concentrados de cobre, y su composicin se maneja de manera de obtener un material lo suficientemente fluido a fin de permitir una buena separacin de la fase metlica.

An cuando los mayores constituyentes son la slice y los xidos de hierro, tambin pueden encontrarse otros tales como cal u almina, pero en porcentajes inferiores al 20% del total. Es esta la razn por la que los estudios de la termodinmica de


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escorias ligadas al cobre se han emitido normalmente a simples sistemas hierrosilicatos. De acuerdo con F. Habashi, todas las escorias poseen, en alguna medida, propiedades de refinacin y esta propiedad va adquiriendo mayor importancia cuanto ms cercana al metal puro es la etapa de extraccin. En particular, en el caso del color, estas escorias tienen un rol fundamental durante la pirorrefinacin, en la disolucin de impurezas de la fase metlica. En la fundicin de metales preciosos, las escorias, generalmente, estn formados por xidos, silicatos y boratos, tambin pueden contener sulfuros, carburos y haluros. Las escorias recogen todos los componentes indeseables de la mena y debido a su gran inmisibilidad con los metales fundidos, estos se separan de sus componentes indeseables. Siguiendo con Habashi, cuyo texto est referenciado en la bibliografa de este curso virtual, para dotar a la escoria los valores deseados de: punto de fusin, viscosidad, densidad y propiedades qumicas, se aade una carga regulada de fundentes. Los fundentes comunes, ms usados en la cuantificacin de los valores del oro y la plata, son: la slice, el brax, el carbonato de sodio y el nitrato de potasio. Otros reactivos, como el metal colector, deben contribuir a obtener las caractersticas fsicas y qumicas deseadas. PROPIEDADES DE LA ESCORIA Sobre la base del texto de Vladimir Arias, los fundentes en comn se caracterizan por tener bajas temperaturas de fusin, y ello debe ser complementada con una apropiada viscosidad a al temperatura de trabajo. Para los denominados lquidos newtonianos, la viscosidad a temperatura y composicin constante no depende de la velocidad de deformacin cortante, sino exclusivamente de la composicin y temperatura. El efecto de la temperatura es muy distinto entre las escorias cidas y bsicas. En el caso de las escorias bsicas la viscosidad aparente aumenta slo ligeramente al disminuir la temperatura y luego mas rpido a medida de que se precipitan las fases slidas. En el caso de alto slice, la viscosidad aumenta ms gradualmente al disminuir la temperatura. La viscosidad a temperaturas alrededor de 1200C, se incrementa al aumentar el contenido de slice y se ve contrarrestada por la presencia de los denominados xidos bsicos, la que atribuye a la ruptura de puentes de oxgeno en la estructura de aniones silicato. La densidad es una funcin directa de la composicin de la escoria y la determinan la presencia de xidos metlicos. Los xidos de hierro incrementan notablemente la densidad de las escorias.


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La tensin superficial de las escorias Lquidas deben estar en el orden de 300 a 400 dinas/cm., y en general, disminuyen al aumentar el contenido de slice y los xidos de metales alcalinos, en tanto que la caliza y los xidos de hierro aumentan la tensin superficial de la escoria. La tensin superficial disminuye ligeramente al incrementarse la temperatura. En resumen, las caractersticas que debe poseer la escoria en una operacin pirometalrgica eficiente:

a. La escoria debe encontrarse completamente lquida a la temperatura de fusin

del metal. b. La escoria debe ser fcilmente manejable durante el proceso, esto es, debe

existir un compromiso entre una baja viscosidad y una buena fluidez. c. Las escorias que van a descarte deben contener mnimas cantidades de metal,

disuelto o en suspensin. d. El rango de operacin de la escoria debe ser tal que admita variaciones tanto

en la composicin de la escoria como en la alimentacin al horno de fundicin. e. La escoria debe asegurar una buena eliminacin de los elementos menores no

deseados.

8. CUANTIFICACIN DEL PROCESO

En la Convencin Minera de 1997, Vladimir Arias present un artculo tcnico sobre el balance msico en la pirometalurgia del oro, del que extraemos alguna de sus partes. El conocimiento de la composicin qumica del mineral a ensayarse es de suma importancia. Frecuentemente, en los laboratorios donde ha de realizarse el anlisis por metales preciosos, es casi imposible determinar la composicin qumica de los componentes de la muestra, pero s es posible tener los porcentajes aproximados en que se encuentran presentes cada uno de los principales constituyente, ya sea en forma elemental o como especies minerales. La composicin porcentual permitir efectuar los siguientes clculos de requerimiento de cada una de los reactivos fundentes y colector. Haciendo uso de las reacciones planteadas anteriormente, se calculan dichos requerimientos. Para viabilizar el clculo de carga fundente es conveniente clasificar los minerales en dos tipos fundamentales, que son: Minerales con poder reductor deficiente y minerales con poder reductor en exceso, los que necesariamente requerirn un reactivo reductor (carbn) y un reactivo oxidante poderoso (ntrico), respectivamente. Ejemplo de clculo de fundentes para un mineral aurfero de la siguiente composicin:


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Tabla 2.- Principales componentes de un mineral aurfero

COMPONENTE Porcentaje Peso molecular FeS2 55,0 119,8 Cu2S 5,0 159,0 ZnS 2,0 97,4 FeO 3,0 71,8 SiO2 35,0 60,0

Los requerimientos de cada reactivo fundente son realizados en base a las reacciones planteadas anteriormente. * Cantidad de litargirio y carbonato requeridos para la oxidacin de la pirita.

Segn la ecuacin 3:

30 x (7 x223.2)/ 119,8 =390,6 gramos de PbO 30 x (2 x 106,0)/ 119,8= 53,6 gramos de Na2CO3 xido base producido, FeO: 30 x 71,8/120 = 17,95 gr Sulfato producido, Na2SO4 : 30 x (2 x 142)/ 120 = 71,0 gr.

* Cantidad de KNO3 requerido para oxidar 25% de pirita. Segn ecuacin 8:

25 x (10 x 101,1)/(4 x 119,8) = 14,98 gramos de KNO3 xido base producido, FeO : 25 x 71,8/119,8 = 14,98 gr Sulfato producido, K2SO4 : 25 x (5 x 174,2)/ (4 x 119,8) = 45,4 gr

* Cantidad de brax y slice requerida parta reaccionar el metal base. Ecuacin 1:

FeO total = 3.0 + 17, 95 + 14,98 = 35,91 gr 35,91 x 201,2/(3 x 71,8) = 33,54 gr de brax 35,91 x (2 x 60)/(3 x 71,8) = 20,0 gr de Slice

* Cantidad de litargirio y carbonato requeridos para oxidar el ZnO. Haciendo uso

de la ecuacin 5:

2,0 x (4 x 223,2)/97,4 = 28,33 gr de litargirio 2,0 x 106,0/97,4 = 2,18 gr de carbonato de sodio


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xido base producido, ZnO : 2 x 81, 4/97,4 = 1,67 gr Sulfato producido, Na2SO4 : 2 x 142,0/97,4 = 2.92 gr

* Cantidad de brax y slice requeridos para reaccionar con el metal base, ZnO. Por la ecuacin 1.

1,67 x 201.2/(3 x 81.4) =1,38 gr. de brax 1,67 x (2 x 60)/(3 x 81.4) =0,82 gr de slice

* Cantidad de KNO3 requerido para la oxidacin de Cu2S. Ecuacin 8:

5 x (8 x 101.1)/(5 x 159.0) = 5.09 gramos de nitrato de potasio xido base producido, Cu2O: 5 x 143.0/159.0 = 4.5 grs. Sulfato producido, K2SO4 : 5 x (4 x 174.2)/(5 x 159.0) = 4.38 grs.

* Cantidad de brax y slice requeridos para reaccionar con el Cu2O Ecuacin 1:

4.50 x 201.2/(3 x 143) = 2.11 grs. de brax 4.50 x (2 x 60)/(3 x 143) = 1.26 grs. de slice

* Cantidad de brax y slice requeridos para reaccionar con el sulfato de sodio producido. Ecuacin 3:

Na2SO4 total: 71.0 + 2.92 = 74.0 grs. Ecuacin 4 74.0 x 201.2/(3 x 142) = 34.95 grs. de brax 74.0 x (2 x 60)/(3 x 142) = 20.85 grs. de silicio

* Cantidad de brax y slice requeridos para reaccionar con el sulfato de potasio

producido.

K2SO4 total: 45.44 + 4.38 = 49.82 49.82 x 201.2/(3 x 174.2) = 19.18 g de brax 49.82 x 120/(3 x 174.2) = 11.44 grs. de slice


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* Cantidad de brax y carbonato requeridos para reaccionar con la slice del mineral (35% del total).

Tabla 3: Resumen del clculo de reactivos

(1) la representacin anhdrica del brax. (2) La cantidad de nitrato de potasio es reemplazado por otro reactivo de caractersticas oxidantes,

debiendo estar presente en no ms de un 5%; de esta manera se evita la efervescencia y otros efectos nocivos.

Slice consumida por los metales bases: 20.0 + 0.82 + 1.26 + 20.85 + 11.44 = 54.37 gramos.

Adicin de slice: 54.37 35.0 = 19.37 gramos

Siguiendo con V. Arias, a continuacin presentamos el resumen de los resultados obtenidos aparece en la Tabla 3, mientras que en la Tabla 4 presenta el clculo de reactivos para el mineral con predominio de cuarzo.

Mineral Fundentes (gr.)

Especies % Peso Na2CO3 Na2B4O7 PbO SiO2 Carbn

FeS2 CuFeS2

ZnS FeO SiO2

Subtotal Total

8 5 2 3 82 100

100gr

8.3 6.2

.......

....... 178.3 192.8

112.16 3.8 1.7

.......

....... 117.66

201.6 ....... 8.33 ....... .......

209.93 524.69

28.34 22.26 ....... ....... -82

.......

.......

.......

.......

....... 4.3 4.3


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Tabla 4: Resumen del clculo de reactivos para un mineral con predominio de cuarzo

9. PRCTICA DEL ANLISIS QUMICO DE ORO POR FUNDICIN

Sobre la base del texto de Vladimir Arias, a continuacin presentamos el anlisis de oro y plata por ensayos al fuego es un anlisis qumico cuantitativo, el cual se fundamenta en el uso de elevadas temperaturas y la presencia de oxido de plomo, que con la accin de agentes reductores en la etapa de fundicin permite la formacin de plomo el cual colecta los metales preciosos como son oro, plata, platino y algunas impurezas. Dicha aleacin es oxidada en otra etapa del anlisis a fin de oxidar el plomo y obtener un botn de oro llamado Dor (copelacin), dicho botn es atacado por cidos (agua regia). Para separar el metal que nos interesa que de acuerdo a su proporcin (particin) es analizado finalmente por va clsica (pesado) o por instrumentacin (Equipo de Absorcin Atmica) El anlisis por va clsica es un mtodo comn en cualquier lugar del mundo; que al parecer pueden ser desplazados por avances en instrumentacin, pero lo que hace estos avances no es ms que darle confiabilidad y validacin al mtodo por va clsica. Cabe sealar, finalmente que son los hombres y no los mtodos ni los instrumentos as sean los ms sofisticados, los que influyen en la calidad del resultado por lo tanto es indispensable la capacidad y experiencia para cada una de las etapas y obtener un resultado final satisfactorio.

Mineral Fundentes (gr.)

Especies % Peso Na2CO3 Na2B4O7 (1) PbO SiO2 KNO3

FeS2 Cu2S ZnS FeO SiO2

Subtotal Total

55 5 2 3 35 100 100

53 ....... 2.18 ....... ....... 55.18

80.76 3.8 3.8 2.8

....... 91.16

390.6 ....... 18.33 ....... .......

408.93 632.47

48.77 2.26 1.67 1.67 -35

19.37

52.74 (2) 5.09 ....... ....... ....... 7.83


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a) ACCIN DE LOS REACTIVOS

CARBONATO DE SODIO ANHIDRO Se combina con la slice del mineral formando silicato de sodio, con desprendimiento del CO2, de acuerdo con la siguiente ecuacin:

Na2CO3 + SiO2 + CO2 (1)

Tambin se combina con almina produciendo aluminatos fusibles y acta como agente de sulfurante por ejemplo: (actuando junto al Litargirio). Ej.: 4Na2CO3 + 2FeS2 + 15PbO 4Na2SO4 + 15PbO + 4CO

BICARBONATO DE SODIO Se comporta como el carbonato de sodio anhidro, puesto que por la accin del calor se desdobla con la siguiente ecuacin:

2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O (2) Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2 (3)

La accin del bicarbonato de sodio produce grandes cantidades de gases, por cuya razn la mezcla fundente tiende a subirse, proyectando partculas de la masa fundida sobre las paredes del crisol o fuera de l. Debe operarse con cuidado a fin de evitar estas proyecciones que significan prdidas. Se evitan agregando sal comn en la fundicin misma. BRAX ANHIDRO El brax fundido disuelve, un gran nmero de xidos metlicos, como por ejemplo: FeO, Al2O3, Cr2O8 etc., y adems disuelven grandes cantidades de slice. En presencia de xido por ejemplo:

Na2B4O7 + 2SO2 + 3 CuO2 Na2B2O4 + CuB2O4 + CuSO4

Se explica el poder de disolucin si se examina la frmula del brax constituida por dos molculas de metaborato y un anhdrido brico.

Na2B4O7 2 NaBO2 + B2O3 (4)

LITARGIRIO Es el reactivo ms importante en la fundicin a nivel laboratorio. Una parte del litargirio (PbO) se reduce a plomo metlico mediante el almidn o cualquier otro reductor.


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Desempea este plomo el papel de colector del oro y la plata contenida en el mineral. El resto del litargirio acta en parte oxidando las impurezas metlicas o bien pasa a formar la escoria al estado de silicato de plomo, o tambin, es muy posible, puede formar plumbatos con los xidos metlicos

2PbO + C(almidn) CO2 + 2Pb

(Reaccin colectora de metales preciosos) Resto del Litargirio acta oxidando impurezas: PbO + SiO2 PbO.SiO2 FeS2 + 7PbO 7Pb + FeO + 2SO3

SLICE La slice acta como un escorificador del fierro principalmente:

SiO2 + FeSiO3 (5)

Reacciona adems con el PbO; Na2CO3; etc. SiO2 + Pb PbSiO3 (6) SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 (7)

CLORURO DE SODIO Se usa como cubierta de fundicin, por ser muy fluido y no descomponerse al estado de fusin.

NITRATO DE POTASIO Se usa como oxidante en los minerales piritosos, (muestras sulfuradas). Se prefiere siempre el nitrato de potasio respecto al nitrato sdico por no ser higroscpico.

PLATA METLICA Se usa plata metlica, pura en granallas, para en cuartar en los anlisis del oro a fin de obtener as una aleacin de oro y plata con un exceso de este ltimo metal, para poder separar bien el oro de la plata que contenga el mineral.


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Es necesario recordar que la plata es un metal que acompaa siempre al oro en los minerales, mayor o en menor proporcin.

b) FUNDICIN

Proceso de mayor importancia en la cual se describe algunas de las Reacciones posibles.

- Reaccin de Reduccin. Los sulfuros, como la pirita (FeS2) la ferrotita (Fe7S3) la arsenopirita (FeAsS); calcopirita (CuFe2) la calcocita (Cu2S) la estibinita (Sb2S3) la galena (PbS); la blenda (ZnS) y otros reducen el litargirio a plomo metlico. Las diferentes reacciones de reduccin experimentan ciertas variaciones segn sea el flujo de fundicin empleado, como podemos observar considerando la pirita, como ejemplo: a) En presencia de litargirio y Na2CO3: 2FeS2 + 15PbO Fe2O3 + 4SO3 + 15Pb (8) 4SO3 + 4Na2CO3 4Na2SO4 + 4CO2 (9) b) En presencia de menor cantidad de litargirio y de menor cantidad de

Na2CO3 se tiene: FeS2 + 7PbO FeO + 2SO3 + 7Pb (10) 2SO3 + 2Na2CO3 2Na2SO4 + 2CO (11) c) En presencia de litargirio y ausencia de carbonato de sodio no se

forma sulfato. Se tiene la ecuacin siguiente: FeS2 + 5PbO 2SO2 + 5Pb + FeO (12) En presencia de litargirio y carbonato de sodio los diferentes sulfuros

reducen el litargirio a plomo metlico en las proporciones adecuadas.

El tartrato de potasio y el almidn reducen tambin el litargirio a

plomo metlico 10PbO + 2KHC4H4O6 10Pb + 5H2O + K2O + 8CO2 (13) Mediante las reacciones de reduccin que se efectan en la

fundicin, muchas de las impurezas metlicas se reducen a metal y


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pasan a impurificar el botn de plomo auro-argentfero al estado elemental, como se observa en la siguiente ecuacin:

Cu + PbO Cu + Pb (14) Pero el xido de cobre en contacto con el plomo fundido se reduce a

Cu elemental: CuO + Pb PbO + Cu. Reaccin de Oxidacin Es indispensable la oxidacin de las impurezas para que forme la escoria con los reactivos de la fundicin y no pasen al botn de plomo. La oxidacin puede verificarse en la fundicin misma, aadiendo nitrato de potasio, o bien calcinando fuertemente el mineral como se dijo en el prrafo correspondiente a minerales complejos. En la oxidacin, mediante el nitrato de potasio se tiene: 7Pb + 6KNO3 7 PbO + 3k2O + 3N2 + 4O2 (16) 5C + 4KNO3 2K2O + 5CO2 + 2N2 (17) 2FeS2 + 6KNO3 Fe2O3 + SO3 + 3K2SO4 + 3N2 SO3 + Na2CO3 Na2SO4 + CO2 (18)

c) COPELACIN

El proceso de copelacin tiene por objeto la oxidacin, del plomo y de las otras impurezas metlicas existente, que mezcladas con mayor o menor cantidad de PbO, son absorbidos por la copela, el resto se volatiliza. Queda como residuo un botoncito brillante, formado por metales no oxidables, como son el oro, la plata y el platino. Las impurezas metlicas que acompaan al botn de plomo auro-argentfero pueden ser oxidadas directamente por el oxgeno de aire, para cuyo objeto, al iniciarse la copelacin, se entre-abre un poco la puerta de la mufla, o bien son oxidadas por intermedio del PbO como puede verse en la siguiente ecuacin:

SAs + 3O AsS2O3 (en el primer caso) Cu + PbO CuO + Pb (en el segundo caso)

Algunas impurezas como Cu, Fe, Cd, etc. Son eliminadas totalmente por absorcin en la copela, siempre que se encuentra en cantidades que no impidan la realizacin del proceso de copelacin. En cambio otras, como el


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Bi, As, Zn, etc. Se eliminan en parte por absorcin en la copela y en parte por volatizacin el estado de xido. Segn sean las impurezas metlicas varan algunas propiedades reconocidas de inmediato, como son: dureza, maleabilidad, etc. Al ubicar el botn de plomo a fin de eliminar la escoria adherida, se puede observar: a) Botn quebradizo: Indica que contiene zinc, arsnico, antimonio, azufre,

PbO (por fusin a baja temperatura). O bien que contiene mas de 30% del oro o plata.

b) Botn duro: Indica que cantidad apreciable Fe, etc. Resumiendo este proceso podemos expresarlo por la siguiente

ecuacin: Botn de Plomo PbO + xido metlicos que son Oro + Plata + Impurezas + O2 (Au+Ag) + absorbidos por la copela o metlicas Se Metlicos volatilizan

10. RESUMEN

Antes de concluir la Unidad II, es importante hacer un resumen de los aspectos ms notables que el participante del curso virtual debe conservar. Las propiedades ms importantes de los fundentes son: a) La temperatura de fusin debe ser inferior a la de los metales a recuperar. b) La densidad en estado de fusin debe ser menor que la de los componentes

del concentrado aurfero. c) Debe solubilizarse en el metal para que su accin qumica sea eficaz. d) Los xidos formados no deben ser soluble en el bao metlico. e) Debe tener una baja presin de vapor y no desprender gases txicos. f) En estado fundido, debe tener gran avidez por los xidos metlicos base y

otras impurezas. Los fundentes oxidantes o depuradores, proporcionan oxgeno para convertir los metales base en xidos y escorificarlo. Entre ellos tenemos: El nitrato de potasio, nitrato de sodio y cloruro de sodio. Los fundentes reductores son los que eliminan el oxgeno, o se combinan con el y pasan a la escoria. Transformando los xidos metlicos a metales propiamente. Entre ellos tenemos: El carbn vegetal, las harinas vegetales, zinc, hierro, carbonato de sodio y carbonato de potasio. Los fundentes neutros son los que no producen oxidacin ni reduccin, sirven como solvente de las impurezas producidas por la accin de los fundentes oxidantes y reductores. Entre ellos tenemos: El brax, la slice y el vidrio molido.


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La composicin de la mezcla de fundentes es determinada en base al anlisis qumico del material a fundir. Un conocimiento del porcentaje aproximado de los constituyentes qumicos del material, permitir calcular la composicin de la mezcla fundente. Las propiedades ms importantes de las escorias son: a) Bajo punto de fusin. b) Baja viscosidad. c) Baja densidad. d) Alta solubilidad de los xidos de los metales bsicos. e) No solubilidad de los metales preciosos. f) Fcil de romper para volver a ser tratado (vidrioso y frgil).


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Fathi Habashi

Extractive Metallurgy Fundamentals Text Book Course Canad, 1990.

Arias Arce, Vladimir Tecnologa de Refinacin de metales preciosos Lima, 1997

Velasco, Carlos Pirometalurgia del Oro Encuentro Internacional sobre Metalurgia del Oro Pontificia Universidad Catlica del Per Lima, 1999

FIN DE LA UNIDAD

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