La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva . Consiste en el tratamiento térmico de minerales y menas metalúrgicas y concentrados para provocar transformaciones físicas y químicas en los materiales que permitan la recuperación de metales valiosos. [1] El tratamiento pirometalúrgico puede producir productos que se puedan vender, como metales puros, o compuestos intermedios o aleaciones , adecuados como materia prima para un procesamiento posterior. Entre los ejemplos de elementos extraídos mediante procesos pirometalúrgicos se incluyen los óxidos de elementos menos reactivos como el hierro , el cobre , el zinc , el cromo , el estaño y el manganeso . [2]
Los procesos pirometalúrgicos generalmente se agrupan en una o más de las siguientes categorías: [3]
La mayoría de los procesos pirometalúrgicos requieren un aporte de energía para mantener la temperatura a la que se lleva a cabo el proceso. La energía suele proporcionarse en forma de combustión o de calor eléctrico. Cuando hay suficiente material presente en la alimentación para mantener la temperatura del proceso únicamente mediante una reacción exotérmica (es decir, sin la adición de combustible o calor eléctrico), el proceso se dice que es "autógeno". El procesamiento de algunos minerales de sulfuro aprovecha la exotermicidad de su combustión.
La calcinación es la descomposición térmica de un material. Entre los ejemplos se incluyen la descomposición de hidratos como el hidróxido férrico en óxido férrico y vapor de agua, la descomposición del carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono, así como la descomposición del carbonato de hierro en óxido de hierro:
Los procesos de calcinación se llevan a cabo en una variedad de hornos, incluidos hornos de cuba, hornos rotatorios y reactores de lecho fluidizado .
La tostación consiste en reacciones térmicas gas-sólido, que pueden incluir oxidación, reducción, cloración, sulfatación y pirohidrólisis.
El ejemplo más común de tostado es la oxidación de minerales de sulfuro metálico. El sulfuro metálico se calienta en presencia de aire a una temperatura que permite que el oxígeno del aire reaccione con el sulfuro para formar gas de dióxido de azufre y óxido metálico sólido. El producto sólido de la tostadora a menudo se denomina " calcinación ". En la tostadora oxidante, si la temperatura y las condiciones del gas son tales que la alimentación de sulfuro se oxida completamente, el proceso se conoce como " tostación muerta ". A veces, como en el caso del pretratamiento de la alimentación del horno de fundición de reverbero o eléctrico, el proceso de tostado se realiza con una cantidad de oxígeno menor que la necesaria para oxidar completamente la alimentación. En este caso, el proceso se denomina " tostación parcial " porque el azufre solo se elimina parcialmente. Finalmente, si la temperatura y las condiciones del gas se controlan de manera que los sulfuros en la alimentación reaccionen para formar sulfatos metálicos en lugar de óxidos metálicos, el proceso se conoce como " tostación por sulfatación ". A veces, las condiciones de temperatura y gas se pueden mantener de tal manera que una alimentación de sulfuro mixto (por ejemplo, una alimentación que contiene sulfuro de cobre y sulfuro de hierro) reaccione de tal manera que un metal forme un sulfato y el otro forme un óxido; el proceso se conoce como " calcinación selectiva " o " sulfatación selectiva ".
La fundición implica reacciones térmicas en las que al menos un producto es una fase fundida.
Los óxidos metálicos pueden fundirse calentándolos con coque o carbón vegetal (formas de carbono ), un agente reductor que libera el oxígeno en forma de dióxido de carbono, dejando un mineral refinado. La preocupación por la producción de dióxido de carbono es sólo una preocupación reciente, tras la identificación del aumento del efecto invernadero .
Los minerales de carbonato también se funden con carbón, pero a veces es necesario calcinarlos primero . [ cita requerida ]
Es posible que sea necesario agregar otros materiales como fundente , lo que ayuda a la fusión de los minerales de óxido y a la formación de una escoria , ya que el fundente reacciona con impurezas, como los compuestos de silicio . [ cita requerida ]
La fundición suele tener lugar a una temperatura superior al punto de fusión del metal, pero los procesos varían considerablemente según el mineral involucrado y otros factores. [ cita requerida ]
El refinado es la eliminación de impurezas de los materiales mediante un proceso térmico. Esto abarca una amplia gama de procesos que involucran distintos tipos de hornos u otras plantas.
El término " refinación " también puede referirse a ciertos procesos electrolíticos . Por ello, algunos tipos de refinación pirometalúrgica se denominan " refinación a fuego ".