La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva . Consiste en el tratamiento térmico de minerales y menas y concentrados metalúrgicos 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 pueden vender, como metales puros o compuestos o aleaciones intermedias , adecuados como alimento para su posterior procesamiento. Ejemplos de elementos extraídos mediante procesos pirometalúrgicos incluyen los óxidos de elementos menos reactivos como hierro , cobre , zinc , cromo , estaño y 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 se obtiene normalmente 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), se dice que el proceso es "autógeno". El procesamiento de algunos minerales de sulfuro aprovecha la exotermicidad de su combustión.
La calcinación es la descomposición térmica de un material. Los ejemplos incluyen la descomposición de hidratos como el hidróxido férrico en óxido férrico y vapor de agua, la descomposición de carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono, así como 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 tostación 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 dióxido de azufre gaseoso y óxido metálico sólido. El producto sólido del tostado suele denominarse " calcina ". En la tostación 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 de hornos de fundición eléctricos o de reverbero, el proceso de tostación se realiza con menos cantidad de oxígeno de la necesaria para oxidar completamente la alimentación. En este caso, el proceso se denomina " tostación parcial " porque el azufre sólo 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 modo que una alimentación de sulfuro mixto (por ejemplo, una alimentación que contenga tanto sulfuro de cobre como sulfuro de hierro) reaccione de manera que un metal forme un sulfato y el otro forme un óxido; el proceso se conoce como " selectivo ". tostación " o " sulfatación selectiva ".
La fundición implica reacciones térmicas en las que al menos un producto es una fase fundida.
Luego, los óxidos metálicos se pueden fundir 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 carbonatados también se funden con carbón vegetal, pero a veces es necesario calcinarlos primero . [ cita necesaria ]
Es posible que sea necesario agregar otros materiales como fundente , lo que ayuda a fundir los minerales de óxido y ayuda a la formación de una escoria , ya que el fundente reacciona con impurezas, como los compuestos de silicio . [ cita necesaria ]
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 otras cuestiones. [ cita necesaria ]
El refinado es la eliminación de impurezas de los materiales mediante un proceso térmico. Esto cubre una amplia gama de procesos, que involucran diferentes tipos de hornos u otras plantas.
El término " refinado " también puede referirse a ciertos procesos electrolíticos . Por ello, algunos tipos de refinado pirometalúrgico se denominan " refinado al fuego ".