1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

Transcripción

1 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1.1. Introducción En la industria del cobre [1], el mineral proveniente de la mina constituído por sulfuros es procesado mediante flotación para la recuperación de cobre y en ocasiones también de molibdeno. Por otro lado, cuando el cobre en el mineral está formado por óxidos o sulfuros secundarios, se utiliza la técnica de lixiviación y extracción por solventes. Para el caso mas común que es el de flotación de sulfuros, el mineral finamente molido que contiene entre 0.5 a 2 % Cu, se envía al proceso de flotación de donde se obtiene un concentrado de aproximadamente 30 % Cu, el cual después de ser secado se envía hacia la planta de fundición para su posterior tratamiento. El proceso de fundición de concentrados de cobre inicia con el secado y alimentación de los concentrados de cobre, sílice y oxígeno a un horno de fusión primaria produciéndose mata, gases, escoria y polvos de fundición que normalmente son reciclados al horno. La mata producida que consiste principalmente de sulfuros de cobre, sulfuros de hierro, impurezas y algunos valores, es enviada a los convertidores de cobre en donde mediante la inyección de aire enriquecido con oxígeno, se produce un cobre blíster, el cual posteriormente es transferido hacia los hornos de afinación en donde se realiza una oxidación controlada hasta obtener el cobre anódico que contiene cerca de 99 % de pureza. Este cobre todavía impuro, además de ciertas impurezas se concentra en algunos valores importantes. El cobre anódico obtenido en el proceso de fundición se envía a la refinería electrolítica de cobre, proceso en el que mediante el paso de la corriente, el ánodo se disuelve en un electrolito a base de cobre y ácido sulfúrico. Después de la disolución del ánodo, el cobre se deposita en el cátodo a cuyo producto se le denomina cobre electrolítico, el cual tiene una pureza de %. Durante el proceso de electro-refinación de cobre, algunas impurezas se disuelven en el electrolito y otras precipitan como lodo anódico junto con los valores originalmente presentes en el ánodo de cobre. Estos lodos anódicos [2,3] normalmente contienen oro, plata, cobre, níquel, selenio y telurio. La forma mineralógica en que se encuentra el telurio en estos lodos [2,4] es como telururo de plata (Ag 2 Te) o como telururo de cobre (Cu 2 Te). La producción de telurio en el mundo depende principalmente [5] de la xi

2 industria del cobre. Cuando finaliza el ciclo de electro-refinación de los ánodos de cobre, los lodos anódicos son retirados del fondo de la celda y son alimentados a un reactor a presión en donde junto con una solución ácida a base de H 2 SO 4 se calientan hasta aproximadamente C y se inyecta oxígeno a presión con el objetivo de eliminar el contenido de cobre en los lodos desde valores cercanos a 30 % hasta menos de 1 % Cu al finalizar la etapa de decobrización. Es muy común recuperar telurio de esta parte del proceso. Frecuentemente se menciona [6,7], que dependiendo de las condiciones de operación del reactor, durante la decobrización de los lodos anódicos, es posible disolver la mayor proporción del telurio contenido en éstos. El telurio disuelto en la solución ácida se recupera mediante su tratamiento con cobre metálico [8,9,10] en forma de telururo de cobre (Cu 2 Te), el que posteriormente es lixiviado con hidróxido de sodio [11] y con inyección de aire como oxidante para promover la formación del ión telurito (TeO = 3 ) en medio alcalino y de esta manera obtener el electrolito que se utilizará en la siguiente fase del proceso de producción de telurio que es la deposición electrolítica. En el caso particular de Mexicana de Cobre, debido a que las condiciones operativas adoptadas en el proceso de decobrización de los lodos anódicos no son muy severas, la proporción de telurio disuelta en la solución proveniente de esta lixiviación de los lodos anódicos es muy pequeña por lo que una gran parte del telurio contenido reporta a los lodos decobrizados que tienen como destino la planta de metales preciosos para su tratamiento posterior. En lo que respecta al proceso subsecuente que experimentan los lodos decobrizados que contienen cantidades apreciables de oro, plata, selenio y telurio, existen varias opciones disponibles [12] para la recuperación integral de estos metales. En el presente caso que corresponde a la tecnología de Boliden que se tiene instalada en la planta de metales preciosos de Mexicana de Cobre y que involucra la fusión de los lodos anódicos decobrizados en un horno Kaldo, estos lodos se alimentan en etapas hasta que el volumen de este lo permite de acuerdo a su rapidez de fusión. El horno que posee una lanza de combustión, la cual se introduce por la boca del horno y funciona con gas natural y aire, cuando este último es requerido. Junto con los lodos anódicos decobrizados [13], se alimentan algunos reactivos y fundentes tales como el óxido de plomo (PbO), dióxido de silicio (SiO 2 ), carbonato de sodio xii

3 (Na 2 CO 3 ) y coque. El horno Kaldo posee la propiedad que es basculante como los hornos convertidores Peirce-Smith y en él se realiza tanto la operación de fundición, conversión y refinación. En esta última que corresponde a la purificación del doré, el selenio es oxidado y volatilizado como dióxido de selenio (SeO 2 ). Este último se captura como ácido selenioso (H 2 SeO 3 ) en un lavador de gases. Durante la etapa final de volatilización de selenio, que coincide con el inicio de la oxidación del telurio, se agrega al horno cierta proporción de carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) para evitar su volatilización durante la oxidación de este último, reteniéndolo como telurito de sodio (Na 2 TeO 3 ) dentro de la matriz de una escoria alcalina rica en plata y sodio. Al final de este ciclo de oxidación del telurio, la escoria producida es retirada del horno, quedando el doré listo para su posterior tratamiento hidrometalúrgico de recuperación de oro y plata. Con respecto a la escoria alcalina que contiene al telurio, existe la necesidad de someterla a un proceso adicional específico para recuperar el telurio y la plata contenida. Originalmente, la tecnología proporcionada por Boliden a la planta de metales preciosos de Mexicana de Cobre, no contempló la recuperación de telurio, debido probablemente a que se consideró que la concentración de este era despreciable. En virtud de lo anterior y analizando la conveniencia económica [14] de esta actividad, primeramente se optó por hacer una revisión preliminar sobre las tecnologías existentes para recuperar el telurio. Los resultados de esta revisión, mostraron que existe una tecnología para recuperar telurio que consiste en la precipitación de éste como telururo de cobre (Cu 2 Te) por medio de la adición de polvo de cobre cuando el telurio se encuentra disuelto en soluciones ácidas. Ëste es posteriormente lixiviado como telurito de sodio al contactarlo con una solución caliente de NaOH, utilizando aire como oxidante. Esta solución de telurito de sodio es después neutralizada con ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) hasta valores de ph de 5.5 precipitando al telurio como dióxido de telurio (TeO 2 ) en forma sólida, el cual a continuación es disuelto nuevamente en una solución a base de NaOH para obtener un electrolito más puro que se va a someter a un proceso de electrodepositación para reducir al telurio hasta su forma elemental [7,15]. El telurio también es posible reducirlo en medio ácido hasta su forma elemental utilizando dióxido de azufre (SO 2 ), pero esta técnica tiene algunos problemas de selectividad debido a que igualmente se reducen algunas otras impurezas como el selenio [16]. Por otro lado, dentro xiii

4 del mismo proceso convencional la escoria alcalina es lixiviada con agua produciendo un licor alcalino a base de sodio que contiene telurito de sodio y un residuo rico en plata que es reciclado al horno. La solución de telurito de sodio es sometida también a un proceso de purificación mediante la precipitación de telurio como dióxido de telurio, disolviéndolo de nuevo en una solución de NaOH. Este ciclo de purificación se realiza las veces que sea necesario hasta purificar al máximo al dióxido de telurio que podrá ser reducido hasta telurio elemental ya sea en medio ácido por medio de la inyección de SO 2 como en medio alcalino cuando se usa el método de electrodepositación. En los casos en que el telurio se reduce a su forma elemental en medio ácido al inyectar SO 2, se utiliza una mezcla ácida consistente de H 2 SO 4 -HCl con el objetivo de aumentar la solubilidad del telurio [17] y para tratar de minimizar la reducción a su forma elemental del selenio que es una de las principales impurezas del telurio [18]. En este proceso, la calidad del telurio máxima a la que se pudiera aspirar es la correspondiente a aproximadamente de 99.5 % Te. Por otro lado, cuando el telurio se reduce mediante la técnica de electrodeposición, el primer paso es preparar el electrolito disolviendo el dióxido de telurio relativamente purificado, en una solución de NaOH y posteriormente alimentarlo a una celda electrolítica en donde tanto el ánodo como el cátodo son de acero inoxidable. Mediante el uso de esta técnica, el telurio obtenido puede tener una calidad comercial de % Te. Existen aplicaciones especiales del telurio como lo son sus uso en semiconductores en donde la calidad requerida es del orden de % o incluso % en el que el telurio obtenido inicialmente tiene que someterse a técnicas avanzadas de purificación como lo son la destilación al vacío y la de refinación por zona [19]. 1.2 El Telurio El elemento telurio (Te), de número atómico 52, peso atómico de , es miembro del grupo VI-A de la tabla periódica y está localizado entre el selenio y el polonio [20]. Asimismo, el telurio ocupa el quinto renglón en la tabla periódica entre el antimonio y el yodo. De todos los elementos de su grupo, el telurio es más metálico que el oxígeno, azufre y selenio, a quienes se parece mucho en sus propiedades químicas. Por otro lado, mientras que el xiv

5 oxígeno y el azufre son no metales y aislantes eléctricos, el selenio y el telurio son semiconductores y el polonio por otro lado es un metal. El telurio forma compuestos inorgánicos y orgánicos aparentemente similares a los que dan lugar tanto el azufre como el selenio, pero que sin embargo son diferentes tanto en propiedades como en comportamiento. Los estados de valencia con los que trabaja el telurio son 2, 0, +2, + 4 y + 6. El telurio fue descubierto en 1782 en Transilvania en un mineral de oro por Franz Joseph Müller von Reichenstein. Su nombre se deriva del Latín tellus que significa tierra, su abundancia promedio en la corteza terrestre es de 0.01 ppm. Los calcógenos que están integrados por el azufre, selenio y telurio, son componentes primarios de magmas intrusivos y extrusivos además de gases volcánicos y hasta de depósitos volcánicos de azufre. El telurio está muy ampliamente diseminado en la corteza terrestre en depósitos de diferentes tipos tales como magmáticos, pegmatíticos hasta hidrotermales, especialmente están asociados con depósitos de oro y plata epitermal Importancia del telurio Recientemente [21] se ha incrementado significativamente el uso e interés por el telurio debido a sus aplicaciones en aleaciones de acero, catálisis, como agente vulcanizante en la industria del hule y en electrónica. El uso en semiconductores [5] como es el caso del telururo de cadmio (CdTe) en módulos fotovoltaicos como una de las vertientes en la generación de energías alternativas, ha originado discusiones en el sentido de la baja disponibilidad del telurio en la corteza terrestre y la sustentabilidad de este tipo de tecnologías. Por lo anterior es que se requiere que al menos todo el telurio contenido en los lodos anódicos sea recuperado [22] eficientemente El telurio en Sonora El estado de Sonora, además de tener en su territorio la mayor industria de cobre del país que hasta ahora son las están en mejor posibilidad de recuperar este material, existen publicaciones [23, 24, 25] que presentan evidencias de que la región de Moctezuma es una zona rica en telurio. Por esta razón, se han asentado ya algunas empresas para su explotación [26]. xv

6 Por lo anterior, es recomendable la revisión de las tecnologías actuales de recuperación de telurio y desarrollar las que falten para estar en posibilidades de recuperar adecuadamente estos recursos. 1.3 Objetivos Objetivo general Investigar y desarrollar modificaciones del proceso convencional de producción de telurio con el fin de mejorarlo en lo referente a su selectividad durante el proceso de reducción Objetivos específicos Revisar a detalle el proceso convencional de producción de telurio. Proponer modificaciones al diagrama de flujo convencional para mejorar la producción de telurio. Validar a nivel laboratorio las modificaciones propuestas Validar a nivel semipiloto las modificaciones propuestas Comparar los resultados del proceso modificado con los del proceso convencional. xvi