I. TRATAMIENTOS PIROMETALURGICOS METALES NO REACTIVOS:
1.1. TOSTACION
1.4.6. PROCESOS QUIMICOS DE REFINACION
1.El proceso del carbonilo de níquel, o proceso Mond, denominado así en honor del investigador que lo desarrolló, Ludwig Mond, y usado por la International Nickel Company, aprovecha el hecho de que cuando el níquel metálico impuro es puesto en contacto con monóxido de carbono gaseoso, entre 100oF (38oC) y
2000F (930C), el metal reacciona con el gas
y forma carbonilo de níquel volátil, el cual es acarreado fuera de la cámara de reacción en la corriente de gases:
Ni + 4C0 = Ni (CO)4
Esta reacción es fácilmente reversible, y si se hace pasar el gas carbonilo a través de una torre que contenga balines de níquel calentados entre 300 y 6000F (150 a
3160C), el carbonilo de níquel se
transformará en níquel metálico, que se deposita sobre los balines de níquel haciéndolos crecer.
Ni(CO)4 = Ni + 4C0
Las condiciones de baja temperatura y presión atmosférica del proceso hacen la reacción altamente selectiva, yendo únicamente el níquel a la fase de carbonilo volátil, obteniéndose un producto muy puro, con 99.95% de níquel. Esto puede compararse con el níquel refinado electrolíticamente a partir de ánodos de níquel metálico, el cual ensaya 99.73% de níquel y 0.25% de cobalto y con el níquel electrolítico refinado a partir de ánodos de mata de níquel, el cual ensaya 99.27% de níquel y 0.70% de cobalto.
La refinación preliminar a fuego convierte a la mata de níquel en el níquel metálico
impuro que se purifica en el proceso del carbonilo. Este se obtiene tostando la mata de sulfuros a óxidos en tostadores de lecho fluido, y reduciendo después el óxido de níquel a metal en reductores que utilizan gas de agua como agente reductor, con un contenido de 51% de hidrógeno y 40% de monóxido de carbono. Los gránulos de metal impuro que resultan son el material de alimentación para el proceso de refinación química del carbonilo.
Las unidades volatilizadoras de hogar múltiple son columnas cilíndricas herméti- cas, de diseño similar al de los tostadores de hogar múltiple, de 40 pies de altura y 6 pies de diámetro (12.2 x 1.83 m), con 21 hogares. Los gránulos de níquel metálico impuro son alimentados por la parte superior del volatilizador, y avanzan hacia abajo de hogar en hogar, mientras en la parte inferior del volatilizador se introduce monóxido de carbono gaseoso que asciende. El carbonilo de níquel que se forma se une a la corriente ascendente de gases y sale por la parte superior. La reacción de formación del carbonilo produce calor, y para mantener la temperatura alrededor de 1400F (600C),
que es la necesaria para la carbonilación activa, se utiliza agua en enfriamiento, con la cual se elimina el exceso de calor. Dicha agua puede descender por el exterior del volatilizador para enfriarlo externamente, o bien puede hacerse circular por los hogares huecos y enfriar internamente.
Sólo se logra una extracción parcial del níquel como carbonilo en un paso de los gránulos impuros a través de un volatilizador; para lograr el 95% de extracción requerida, es necesario repetir el proceso en un total de ocho volatilizadores, lo cual toma cuatro días. La capacidad de una batería de ocho volatilizadores es de 20 toneladas de gránulos de níquel crudo por día.
Los gránulos que se descargan del octavo volatilizador contienen cobre, hierro, cobalto y metales preciosos, además de algo de níquel residual. A éstos se les da un tratamiento posterior para separar y recuperar los valores restantes.
Los gases de salida de los ocho volatilizadores contienen cantidades variables de carbonilo de níquel, desde un 15% en volumen los del primero hasta un 0.5% los del octavo. El gas combinado de la batería contiene un promedio de 8% y se envía al equipo de descomposición.
Esta unidad consiste en una cámara de precalentamiento de 20 pies de altura y 4 de diámetro (6.1 x 1.22 m), a través de la cual bajan por gravedad la bolillas de níquel, siguiendo su viaje hacia abajo, a 4500F (2320C), a un recipiente de descom-
posición de 10 pies de altura y 4 de diámetro (3.05 x 1.22 m), durante el cual las bolillas calientes en descenso se cruzan con una corriente de carbonilo gaseoso que asciende. El calor que se desprende de las bolillas pasa al carbonilo, que se descompone y el contenido de níquel se deposite sobre la superficie de las bolillas. Estas salen por gravedad a través de fondo del recipiente de descomposición y son subidas mediante un elevador de canjilones para un nuevo paso a través del precalentador y el recipiente de descomposición.
Periódicamente se agrega polvo de níquel para hacer crecer nuevas bolillas, y se requieren alrededor de tres meses para que una bolilla crezca en el recipiente de a un tamaño de 5/16 de pulgada (7.8 mm) necesario en el mercado. El depósito repetido del níquel sobre las bolillas al recorrer su ciclo por el recipiente de descomposición, les da una estructura semejante a la de la cebolla al ir creciendo en tamaño, y el movimiento de las bolillas al pasar por gravedad hacia abajo impide
que se adhieran entre ellas y se peguen unas a otras.
El gas de escape del recipiente de descomposición, que es monóxido de carbono con una cantidad muy pequeña de carbonilo de níquel sin descomponer, se regresa a los volatilizadores.
2a. El espáis de cobalto, tal como se produce por el tratamiento del cobalto arsenical en horno de cuba, es el resultado de fundir concentrados que contienen níquel, cobre y hierro. Luego se muele el espáis a menos 80 mallas y se tuesta a l3000F (7050C) con objeto de remover la
mayor parte del arsénico y el azufre como gases volátiles y además oxidar el hierro. El espáis tostado, que contiene 23% de cobalto, 21% de hierro, 9% de níquel, 2.5% de cobre, 11% de arsénico como arseniato y 8.5% de azufre, se mezcla en un molino con agua y ácido sulfúrico, para convertir al cobalto, níquel, cobre y hierro en sulfatos solubles en agua. Esta mezcla sulfatada pasa luego a un tanque de lixi- viación pequeño, lleno de agua y agitado mecánicamente para disolver los sulfatos solubles, y de allí a un espesador. Los sólidos que salen por la parte inferior del espesador, que contienen la porción insoluble, no sulfatada del espáis tostado, se secan y regresan al horno de cuba, mientras que el derrame del espesador, que contiene los valores solubles de sulfatos sigue un proceso químico.
La solución se trata en tanques agitados mecánicamente, con clorato de sodio para oxidar el hierro, y luego con cal para elevar el pH a 3.25 para precipitarlo, pero sin sobrepasar dicho valor, ya que el cobre también se precipitarla. El hierro, el arsé- nico y el azufre se separan de la solución como arseniato férrico (FeAsO4), hidróxido férrico (Fe203) y sulfato de calcio
extraen como producto inferior del espesador y se tiran. El derrame del espesador, que aún contiene el cobalto, el níquel y el cobre, se hace pasar luego por tanques de cementación, en los que se precipita cl cobre chatarra de hierro y se extrae.
La solución que proviene del Circuito de cobre contiene 1.5% de cobalto y níquel, 0.01% de cobre y de 0.2 a 0.3% de hierro, con un pH de 2.9. Esta se trata por lotes de tanques neutralizadores de 70 toneladas, con calentamiento y agitación mediante lanzas de vapor de agua a 1580F (700C),
agregando clorato de sodio para oxidar todo el hierro a hidróxido férrico, y añadiendo luego cal para elevar el pH a 5.4 y precipitar todo el hierro y el cobre de la solución. Estos precipitados se dejan asentar, luego se extraen y filtran a vacío, y finalmente se regresan al circuito inicial de separación del hierro.
La solución limpia de los tanques de neutralización se decanta y filtra para sepa- rar el precipitado fino que aún quede. Los sólidos que se recuperan se agregan a los residuos que se asientan en el tanque de neutralización y que se regresan al circuito de separación del hierro. La solución filtrada, que contiene cobalto y níquel, se bombea a los tanques de precipitación de cobalto, se acidifica con ácido sulfúrico a un pH de 2.6, y se agrega hipoclorito de sodio, NaClO, para precipitar el hidróxido cobáltico, Co(OH)3.
Este precipitado final de hidróxido se separa en un filtro prensa de placa y bas- tidor, y la torta obtenida se mezcla con carbonato de sodio y se seca durante 8 horas 13820F (7500C). El precipitado seco,
que en esta etapa contiene alrededor de 70% cobalto en forma de Co203, se lleva a
tanques de lixiviación de agua fría, para lle- varse por lavado todo el óxido de calcio junto con el azufre en forma de sulfato de
sodio. El carbonato de sodio que se agregó ayuda a dicha separación transformando el sulfato de calcio en sulfato de sodio, que es más soluble, y también precipita cualquier sulfato de cobalto soluble.
La solución libre de cobalto se extrae por bombeo y se desecha, mientras que el residuo de óxido de cobalto, ya está libre de azufre, y del cual se procesan 4000 libras (1818 kg) por lote, se carga en hornos rotatorios por 8 horas. Se agrega carbón vegetal en una proporción de 1/3 a 1/2 libra (0.15 a 0.23 kg) por libra (0.45 kg) de cobalto metálico; los hornos se calientan a 18300F (10000C), y el óxido de
cobalto se reduce en granos por medio de carbón a metal. Este metal en granos se funde en hornos eléctricos y se granula en agua obteniendo balines de cobalto que ensayan 98.6% de cobalto.
El níquel presente en la solución del tanque de neutralización después de que se ha precipitado la mayor parte del hidróxido cobáltico con hipoclorito de sodio, y a esta solución se añade hipoclorito de sodio para separar todo el cobalto residual. Después de una filtración en una prensa clarificadora, la solución clara va a la planta de níquel. Aquí se eleva el pH a 8.6 para precipitar el hidróxido de níquel, el cual se vende sin ningún proceso posterior.
2b.La aleación blanca de cobalto de Katanga es uno de los productos de la fusión de minerales de óxido de cobalto y concentrados ricos en cobre en hornos eléctricos. Los óxidos se reducen en un horno eléctrico de tres electrodos del tipo convencional para la fabricación de acero, agregando coque y se obtienen dos aleaciones que se separan fácilmente por diferencia de densidad. Estas son la aleación roja más pesada, con 89% de cobre y 4.5% de cobalto, la cual se lleva a una refinería de cobre, y la aleación blanca
más ligera, con 42% de cobalto, 15% de cobre y 34% de hierro, la cual se refina por medios químicos para obtener cobalto metálico.
La aleación blanca se calienta al rojo, ya que a tal temperatura es de máxima fragilidad, y se tritura en un molino de martillos a la forma de polvo. El polvo se lixivia en ácido sulfúrico diluido al 20%, el cual disuelve al cobalto y al hierro pero no al cobre; éste queda en su mayor parte como residuo y se embarca a una fundición de cobre para su tratamiento. La solución preñada se neutraliza con carbonato de cobalto impuro de retorno y luego se filtra. En esta etapa la solución contiene el 98% del cobalto de la aleación blanca y una concentración de hierro y de cobre de 10 y 3 gramos por litro, respectivamente. El hierro disuelto se oxida con aire al estado férrico. Luego el pH se eleva a 3.5 con cal para precipitar la mayor parte del hidrato férrico, el cual se separa y se desecha. Se agrega luego más cal para elevar el pH a 5.5, valor en el que se precipitan los residuos de hierro, cobre y de un 10 a 14¾ del cobalto que hay en solución. Este residuo se separa y recicla de nuevo a la operación inicial de lixiviación para recuperar sus valores.
La solución filtrada y purificada se bombea a tanques con agitadores mecánicos, se agrega carbonato de sodio para elevar el pH y precipitar carbonato puro de cobalto, el cual se separa. Se hace una segunda precipitación al elevar el pH a 8.4 agregando más carbonato de sodio adicional y ésta remueve todo el cobalto que queda en la solución, pero da un producto impuro. Este carbonato impuro de cobalto se usa para neutralizar el ácido sulfúrico en la operación inicial de lixiviación. El carbonato puro de cobalto se tuesta en hornos rotatorios calentados con petróleo a 14350F (7800C) y se obtiene
CaO, para dar un producto con 75% de cobalto. Este óxido se comprime en cilindros pequeños de 1/2 pulgada de diámetro (12.5 mm) por 1/2 pulgada de largo (12.5 mm) y se alimenta junto con carbón vegetal a hornos verticales de reducción con paredes de carborundo. Los hornos se calientan a 18300F (10000C) y el
óxido de cobalto se reduce con el carbón vegetal. Después de terminarse la reducción, los cilindros metálicos que contienen ahora más de 99% de cobalto, se separan del exceso de carbón vegetal usado en el horno, se puler y se embalan para el mercado.
1.5. METALES NO REACTIVOS,