UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA DE POSGRADO
UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TESIS
PRESENTADA POR:
Marleni Soledad Soriano Carhuallanqui PARA OPTAR AL GRADO ACADÉMICO DE:
MAESTRA EN INGENIERIA AMBIENTAL
Huancayo – Perú
“Evaluación de flux para optimizar la fusión en análisis de plata y oro por fire assay en minerales oxidados como alternativa ambiental”
)
DEDICATORIA
A Dios Padre que ilumina nuestras vidas.
A la memoria de mis padres Francisco y Ana por su Abnegada labor y apoyo que me brindo en todo momento.
A mi esposo Santos por su amor y comprensión, hijos Oziel y Aysel por ser el motor y motivo para seguir adelante y hermanos Ana, Mónica y Roy por su apoyo moral.
Marleni
AGREDICIMIENTO
Expreso mi agradecimiento a la Universidad Nacional del Centro del Perú, a los maestros de la Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química por el apoyo constante y las enseñanzas impartidas a lo largo de nuestra maestría. En especial al Dr. Andrés Corcino Rojas Quinto por sus valiosos aportes al brindarme generosamente su tiempo y asesoría. En general a aquellas personas que han aportado de una u otra forma a la realización de este proyecto.
ÍNDICE GENERAL
Carátula………..i
Hoja de firmas……….iii
Dedicatoria………...iv
Agradecimiento………...v
Índice general………..vi
Índice de tablas………...ix
Índice de figuras………..xi
Resumen……….xii
Abstract………..xiii
Introducción………...14
Objetivos………....16
Capítulo I Marco teórico 1.- Antecedentes o marco referencial………17
2.- Bases teóricas y conceptuales………...22
2.1.- Oro………..23
2.1.1.- Propiedades fisicoquímicas del oro………...23
2.2.- Plata………...24
2.2.1.- Propiedades fisicoquímicas de la plata……….25
2.3.- Minerales geoquímicos………...26
2.3.1.- Minerales oxidados………..26
2.3.2.- Minerales sulfurados………27
2.3.3.- Minerales neutrales………..28
2.4.- Métodos de análisis por fire assay o ensayo al fuego………...28
2.4.1.- Proceso de análisis por fire assay (ensayo al fuego)……….29
2.4.1.1.- Fusión………..29
2.4.1.1.1.- Fases de la fusión………..29
2.4.1.1.1.1.- Fase escoria……….30
2.4.1.1.1.2.- Fase mata………32
2.4.1.1.1.3.- Fase speiss………..33
2.4.1.1.1.4.- Fase metálica………..33
2.4.1.1.2.- Clases de fusión……….34
2.4.1.1.2.1.- Fusión oxidante………...34
2.4.1.1.2.2.- Fusión reductora……….34
2.4.1.1.3.- Flux o carga fundente………...35
2.4.1.1.3.1.- Propiedades y composición del flux………35
2.4.1.1.3.2.- Comportamiento del flux o carga fundente……….40
2.4.1.1.4.- Reactivos (agente reductor y oxidante)………..41
2.4.1.1.5.- Colectores………...44
2.4.1.1.6.- Reacciones de fusión………45
2.4.1.2.- Copelación………..46
2.4.1.3.- Partición (Digestión)………..47
2.4.1.4.- Etapa en el análisis de plata y oro por el método ensayo al fuego………47
2.4.1.5.- Análisis químico cuantitativo de la plata y oro por el método gravimétrico y absorción atómica……….47
2.4.1.5.1.- Gravimetría……….48
2.4.1.5.2.- Absorción atómica……….48
2.4.1.6.- Cálculos de las leyes del oro y la plata……….48
2.4.1.6.1.- Cálculo de la ley de oro……….48
2.4.1.6.2.- Cálculo de la ley de la plata……….49
2.5.- Marco legal………51
3.- Definición de términos básicos……….52
4.- Hipótesis de investigación………...53
4.1.- Hipótesis generales……….53
4.2.- Hipótesis específicos………...54
5.- Operacionalización de las variables……….54
5.1.- Variables dependientes………..54
5.2.- Variables independientes………...54
Capítulo II Diseño metodológico
2.1.- Tipo y nivel de investigación………56
2.2.- Métodos de investigación………56
2.3. Diseño de la investigación………57
2.4.- Población y muestra……….58
2.4.1.- Población………58
2.4.2.- Muestra………...58
2.4.2.1.- Caracterización geoquímica de la muestra………58
2.4.3.- Técnica de muestreo………61
2.5.- Técnica e instrumentos de recopilación de datos………61
2.6.- Técnica de procesamientos de datos………62
2.6.1.- Método experimental………62
2.6.2.- Procesamientos de datos……….77
Capítulo III Análisis y discusión de resultados………..86
Conclusiones……….98
Recomendaciones………99
Referencias bibliográficas……….100
Anexos………..102
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 : características fisicoquímicas del oro………24
Tabla 2: propiedades fisicoquímicas de la plata………..25
Tabla 3: fuerza oxidante de minerales………..26
Tabla 4: fuerza reductora de minerales……….27
Tabla 5: carga fundente y reactivos (agente reductor y oxidante)………29
Tabla 6: tipos de óxidos………...32
Tabla 7: propiedades del litargirio………..37
Tabla 8: propiedades del carbonato de sodio………..38
Tabla 9: propiedades de la sílice………39
Tabla 10: clasificación de los boratos………40
Tabla 11: propiedades de la harina………42
Tabla 12: propiedades del nitrato de potasio………43
Tabla 13: propiedades del plomo electrolítico o laminado……….43
Tabla 14: propiedades del cloruro de sodio………..44
Tabla 15: operacionalización de las variables………..55
Tabla 16: Matriz de diseño………..57
Tabla 17: leyes de oro y plata de la muestra MR-1……….59
Tabla 18: leyes de oro y plata de la muestra MR-2……….59
Tabla 19: leyes de otros metales presentes en la muestra MR-1……….59
Tabla 20: leyes de otros metales presentes en la muestra MR-2……….60
Tabla 21: composición mineralógica de las muestras MR-1 y MR-2………60
Tabla 22: pH de las muestras MR-1 y MR-2………61
Tabla 23: composición de flux A……….71
Tabla 24: composición de flux B……….74
Tabla 25: composición de flux C……….74
Tabla 26: composición de flux D……….75
Tabla 27: composición de flux E……….76
Tabla 28: composición de flux F……….76
Tabla 29: ensayo con flux A y B de la muestra de referencia MR-1……….77
Tabla 30: ensayo con flux C y D de la muestra de referencia MR-1………...78
Tabla 31: ensayo con flux E y F de la muestra de referencia MR-1……….79
Tabla 32: ensayo con flux A y B de la muestra de referencia MR-2………80
Tabla 33: ensayo con flux C y F de la muestra de referencia MR-2………81 Tabla 34: ensayo con flux E y D de la muestra de referencia MR-2………82 Tabla 35: ensayo con flux convencional para muestras oxidado……….84 Tabla 36: resultado de análisis de plata y oro con formulación de flux
convencional………..85 Tabla 37: estadística descriptiva para MR-1 Ag flux E y MR-1 Ag flux
convencional………..87 Tabla 38: estadística descriptiva para MR-2 Ag flux E y MR-2 Ag flux
convencional………..88 Tabla 39: estadística descriptiva para MR-1 Au flux E y MR-1 Au flux
convencional………..88 Tabla 40: estadística descriptiva para MR-2 Au flux E y MR-2 Au flux
convencional………..89 Tabla 41: estadística descriptiva para MR-1 Ag flux E (1) y MR-1 Ag flux
convencional (2)………90 Tabla 42: pruebas independientes para MR-1 Ag flux E (1) y MR-1 Ag flux
convencional (2)………90 Tabla 43: estadística descriptiva para MR-1 Au flux E (1) y MR-1 Au flux
convencional (2)………92 Tabla 44: pruebas independientes para MR-1 Au flux E (1) y MR-1 Au flux
convencional (2)………92 Tabla 45: estadística descriptiva para MR-2 Ag flux E (1) y MR-2 Ag flux
convencional (2)………93 Tabla 46: pruebas independientes para MR-2 Ag flux E (1) y MR-2 Ag flux
convencional (2)………94 Tabla 47: estadística descriptiva para MR-2 Au flux E (1) y MR-2 Au flux
convencional (2)………95 Tabla 48: pruebas independientes para MR-2 Au flux E (1) y MR-2 Au flux
convencional (2)………95
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. El oro………...23
Figura 2. La plata……….25
Figura 3. Fase escoria solidificada después de la fusión………...30
Figura 4. Fase escoria en la parte inferior y fase mata en la parte superior en un crisol de arcilla de corte transversal………...31
Figura 5. Diagrama ternario de B2O3.Na2O.SiO2……….41
Figura 6. Crisoles de porcelana para la fusión de la muestra………64
Figura 7. Horno de fusión………66
Figura 8. Botón de plomo o régulo……….68
Figura 9. Copelas de magnesita……….69
Figura 10. Botón doré………...70
Figura 11. Ataque químico con HNO3 al doré………..71
Figura 12.Balanza para pesaje de oro y plata………..72
Figura 13. Prueba de normalidad e hipótesis para MR-1 Ag, Au; MR-2 Ag, Au....86
Figura 14. Graficas de error para MR-1 Ag (2.50)………..91
Figura 15. Graficas de error para MR-1 Au (10.40)……….93
Figura 16. Graficas de error para MR-2 Ag (5.00)………...94
Figura 17. Graficas de error para MR-2 Au (18.00)……….96
RESUMEN
El presente proyecto de investigación tiene como propósito formular el flux para optimizar la fusión de minerales oxidados de plata y oro y así disminuir la contaminación ambiental por el uso de plomo en la composición de la masa fundente.
El problema común en el análisis de oro y plata por el método gravimétrico es el uso de plomo metálico y como litargirio en la masa fundente como colector de los metales preciosos, este elemento tanto en la etapa de fusión como en la copelación se volatiliza como gas hacia el medio ambiente a pesar que se realiza tratamientos es un elemento altamente peligroso para las personas y el ambiente.
Generalmente en las formulaciones de flux se usa entre 45 a 50 %, en el presente trabajo se ha encontrado optimizar la fusión usando 37.0 % de plomo en la composición del flux, con esto se alcanzó para la MR-1 = Ag 2.50 g/t, y Au 10.40 ppm leyes de 2.49 g/t de Ag y 10.41 ppm de Au. Así mismo para la MR-2= Ag 5.0 g/t, y Au 18.40 ppm leyes de 4.89 de Ag y 17.99 de Au.
Demostrando así los resultados de análisis son cohencidentes con los valores de las muestras certificadas.
Palabras claves: Flux, fusión, fire assay, minerales oxidados.
ABSTRACT
The present research work called has the purpose of formulating the flux to optimize the fusion of oxidized minerals of silver and gold and thus reduces environmental pollution due to the use of lead in the composition of the flux mass.
The common problem in the analysis of gold and silver by the gravimetric method is the use of metallic lead and as litharge in the flux mass as a collector of precious metals, this element both in the melting stage and in the cupellation is volatilized as a gas. Towards the environment despite the fact that treatments are carried out, it is a highly dangerous element for people and the environment.
Generally in flux formulations between 45 to 50% is used, in the present work it has been found to optimize the fusion using 37.0% lead in the flux composition, with this it was achieved for MR-1 = Ag 2, 50 g / t , and Au 10.40 ppm grades of 2.49 of Ag and 10.41 of Au. Likewise for MR-2 = Ag 5.0 g / t, and Au 18.40 ppm laws of 4.89 of Ag and 17.99 of Au.Thus demonstrating the analysis results are consistent with the values of the certified samples.
Keywords: Flux, fusion, fire assay, oxidized minerals
INTRODUCCIÓN
El análisis de plata y oro se realiza por el método clásico e instrumental, el presente estudio corresponde al método clásico por gravimetría denominado Fire Assay o ensayos al fuego, el cual está orientado a cuantificar el contenido de los metales preciosos en minerales oxidados.
El método de ensayo al fuego consiste en fundir muestra utilizando flux adecuados en donde se produce 2 fases líquidas: la primera fase escoria que están compuestas de silicatos complejos y la segunda fase metálica constituida por plomo, el cual colecta los metales nobles (Au y Ag); luego se realizara el análisis químico.
De acuerdo a (Condori & Pacco, 2019), “el análisis de plata y oro por vía seca, donde el plomo tiene la propiedad de colectar el metal (plata y oro) en el proceso de fusión para lograr la retención de los metales no ferrosos y ferrosos en la escoria, cuando se realiza la oxidación para formar silicatos y boratos, termodinámicamente en las condiciones de operación en el proceso de fusión o escorificación se forma dos fases: escoria liquida borosilicada compleja y una fase liquida de plomo de tamaño controlado. La solubilidad de los metales preciosos en plomo metálico y la diferencia de gravedad específica permiten la separación de los metales nobles como aleación Pb-Ag-Au. En la copelación la plata y oro, son separados del plomo que lo ha colectado, el plomo es oxidado y absorbido por la copela en un 98.5%
casi en su totalidad y otra parte es volatilizada en un 1.5% quedando un botón o régulo metálico denominado doré (Au+Ag). Después pasa al proceso de partición la plata se separa por disolución con ácido nítrico dejando el oro para su cuantificación gravimétrica”.
El análisis plata y oro por ensayo al fuego, tienen efectos negativos sobre el medio ambiento debido a las altas temperaturas y cantidades de cargas fundentes o reactivos utilizados generando compuestos de residuos sólidos (escoria), emisión
de gases como CO2, CO, SO2, NO2, N2,entre otros y vapores de plomo, cobre, fierro, zinc, arsénico, antimonio, mercurio, etc.son liberados al medio ambiente.
Teniendo en consideración que los minerales de oro y plata existen en la naturaleza en muchas especies mineralógicas y cada una requiere de un particular procedimiento de análisis, así como la formulación de la carga fundente o flux, en el presente estudio se ha elegido minerales oxidados para evaluar la composición del flux para optimizar la fusión y así reducir la generación de efluentes gaseosos, vapores, líquidos y sólidos como producto de la fusión como una alternativa ambiental.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
- Evaluar la composición del flux para optimizar la fusión en el análisis de plata y oro por fire assay en minerales oxidados como alternativa ambiental.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Determinar la cantidad adecuado de flux para la optimización de la fusión en el análisis de plata y oro por fire assay en minerales oxidados como alternativa ambiental.
- Reducir la contaminación ambiental por efecto de la optimización de la fusión en el análisis de plata y oro por fire assay en minerales oxidados.
CAPITULO I
MARCO TEORICO
1.- ANTECEDENTES O MARCO REFERENCIAL
Para la determinación de (oro y plata), por el método de ensayo al fuego, es el método más empleado por la exactitud de los resultados que presenta y la contaminación que genera al medio ambiente en el proceso de fusión y copelación y también por el uso de reactivos químicos.
De acuerdo a Argueta (2014), “en su trabajo de investigación sobre la verificación de condiciones ambientales seguras en el manejo de concentraciones altas de plomo en la prueba de ensayo al fuego para la determinación de oro y plata. Para el análisis se tomó 10 g de muestra mineral sulfurado, 70 g de fundente (oxido de plomo 60%, carbonato de sodio 27%, 13 % bórax), 5 a 10 g de sílice y 1 a 4 g de nitrato de potasio como desulfurante llevar a una temperatura de fusión de 950 ± 50 °C durante 25 – 30 min y a una temperatura de copelación de 850°C ± durante 15 - 20 min. En la actualidad en Guatemala se están explotando metales preciosos para el cual se están implementando laboratorio del Ministerio de Energía y Minas para el desarrollo del de la determinación de oro y plata por el método de ensayo al fuego. La contaminación ambiental que causa este método es generar residuos sólidos y vapores de plomo que es nocivo para la salud y el medio ambiente. La metodología empleada para el análisis de (oro y plata) se colocó en el laboratorio un dispositivo de seguridad siendo un lavador de gases y se monitorio en 4 puntos principales: en ducto de salida de la mufla, reservorio de aspersión de agua, tanque de agua y chimenea de salida y luego se instaló filtros en el ambiente de trabajo a cierta distancia de la mufla. Se realizó un balance de materia para determinar la cantidad de plomo en cada proceso de análisis de (oro y plata), se determinó la cantidad de plomo por absorción atómica. La contaminación de plomo en el área de trabajo en el proceso de fusión es 0.74 mg/m3 y en el proceso de copelación es
1.82 mg/m3 están sobre los límites de exposición según las OSHA, NIOSH y la ACGIH que es 0.05 mg/m3”.
En 2011, Toapanta ha concluido que “el ensayo al fuego es el método más usado para la determinación de oro y plata en menas y concentrados gravimétricos auríferas mediante ensayo al fuego utilizando cobre como colector. Cuando se realizan varios experimentos se observa que el cobre metálico y el hidróxido de cubre (II)son buenos colectores de los metales preciosos. Para la obtención de Cu metálico en polvo se necesita más tiempo, y la separación del cobre formado sobre el hierro es más compleja, como sabemos que, todo el Cu metálico obtenido no se encuentra en polvo. Por este motivo se inició a realizar experimentos con Cu (OH)2
en ves con cobre metálico, como sabemos que el hidróxido de cobre se obtiene de forma rápida por intermedio de una precipitación en comparación al cobre metálico.
Por lo tanto, todo el Cu (OH)2 que se obtiene en forma de polvo que nos permite tener una mezcla homogénea antes de fundirla, teniendo una mayor colección de metales preciosos. Se utilizó con varias cantidades de agentes desulfurantes y fundentes donde se dosificaron la carga en dos partes de fusión. La primera parte es desulfurar el concentrado que es en agregar 60 g de mineral, 40 g de bórax, 20 g de NaHCO3 y 25 g de KNO3 a una temperatura de fusión de 1357 °K durante 40 min. La segunda parte se inicia a separar la capa de sulfatos que forma la fase escoria y después se procede agregar 40 g de bórax, 15 g Cu(OH)2 y 3 g de harina siendo la etapa de metalización a una temperatura de fusión de 1357 °K durante 3 horas o puede variar debido al choque térmico u otros factores donde se genera la ruptura del crisol dentro del horno y también el NaHCO3 agregado durante la primera parte de fusión consume la sílice del crisol, escorificándole y produciendo un desgaste en el crisol permitiendo que se rompe. La harina es usada como agente reductor del Cu (OH)2, siendo la fuente de carbono que reduce al hidróxido de cobre a cobre metálico, con la finalidad que colecte los metales preciosos. Al usar Cu metálico o Cu (OH)2 como agentes colectores, en los dos casos se metaliza el 35%
del Cu siendo esto necesario para colectar todo el oro y plata presente en el concentrado. Asimismo, el ensayo al fuego como colector al cobre se obtiene fases metálicas con un peso promedio de 4 g, a comparación con el ensayo al fuego con plomo que produce fases metálicas con peso promedio de 25 g. Donde las fases metálicas con Cu son más pequeñas donde se obtienen porcentajes de metales
preciosos iguales, por lo tanto este método de análisis es aceptable. Cuando, se forma las fases metálicas por el plomo para la determinación de oro y plata, se necesita de un nueva fusión en la copela produciendo una reacción de oxidación donde plomo metálico se oxide a óxido de plomo y se absorba en la copela dejando un pequeño botón doré (oro y plata), volatilizándose en esta copelación el 10% del plomo añadido en forma PbO gaseoso. El análisis de reproducibilidad nos permite que el cobre añadido como hidróxido de cobre se obtiene mejores resultados como colector, donde se tiene una colección del 100% del oro y plata presente en la muestra de concentrado analizada. En donde se verifica que la escoria no presenta metales de oro y plata, y también que el método de desulfuración realizada en la primera parte de fusión por medio de nitrato de potasio y bicarbonato de sodio es satisfactorio, en donde se oxida la mayor parte de los sulfuros presentes. Siendo la composición mineralógica oro 529.17 y plata 163.67 ppm según los experimentos realizados se obtuvo por el método de absorción atómica oro 543ppm y plata 165ppm donde se observa el hidróxido de cobre es un buen colector”.
Según Iza (2011), “trata sobre el mejoramiento de la fusión de calcinas auríferas con el uso de carbonato de calcio en la carga fundente. Los compuestos fundentes utilizados en los ensayos al fuego estándar tiene Na2CO3, este reactivo es un buen agente oxidante y reactivo desulfurante, puede ser sustituido por CaCO3 que presenta características similares al NaCO3 que es un fundente ideal a temperatura superior a 1040°C, también reduce la insolubilidad del Pb a temperaturas altas. La sustitución de Na2CO3 por CaCO3 presenta ventajas en la reducción de costo en los ensayos al fuego. Para la sustitución de Na2CO3 por CaCO3 en las cargas fundentes, se realizaron 2 pruebas paralelas (ensayo estándar y experimental en donde se sustituye Na2CO3 por CaCO3). La carga fundente para el ensayo estándar es la siguiente: bórax 30 g, PbO 40 g y carbono 3 g utilizados para los ensayos al fuego de las calcinas procedentes de Pacto, Pachijal, Virón y Bucay y el carbonato de sodio son 40 g, 50 g, 60 g y 60 g respectivamente y solo SiO2 30 g para Pachijal.
Pesar 30 g de muestra mineral y la carga fundente estándar llevar a una temperatura de fusión de 900°c por 45 min y copelación a una temperatura de 960°C por 40 min (Iza, 2011). Para el ensayo experimental en donde se sustituye CaCO3 por Na2CO3 se realizaron 2 pruebas paralelas con una temperatura de fusión 1200°C para las cargas fundentes de las calcinas de Pacto, Pachijal, Virón y
Bucay siendo los porcentajes de reemplazo de 100%, 40%, 83.3% y 67%
respectivamente. Para la calcina de Pacto la cantidad de Au obtenida por el ensayo al fuego estándar es 308.83 g/t, para el ensayo con el 100 % de reemplazo por CaCO3 la cantidad de Au es 321.17 g/t. Para la calcina de Pachijal la cantidad de Au obtenida mediante el ensayo al fuego estándar es 49.64 g/t, para el ensayo con el 100 % de reemplazo por CaCO3 la cantidad de Au es 35.50 g/t. Para la calcina de Virón la concentración de Au obtenida mediante el ensayo al fuego estándar es 51.17 g/t, para el ensayo con el 100 % de reemplazo por CaCO3 la cantidad de Au es 54.10 g/t. Para la calcina de Bucay la cantidad de Au determinada mediante el ensayo al fuego estándar es 66,33 g/t, para el ensayo con el 100 % de sustitución por CaCO3 la cantidad de Au es 34.00 g/t. Al realizar la sustitución por CaCO3 para las calcinas auríferas de Pachijal y Bucay la cantidad de Au por tonelada métrica determinada es mucho menor que el Au obtenida mediante los ensayos estándar, entonces este método no es aplicable para la cuantificación de Au para estas calcinas”.
De acuerdo a Romero y Basilio (2020), “en su trabajo de investigación denominado optimización de la fusión de mineral, en análisis cuantitativo del oro con determinación gravimétrica de un mineral sulfurado. Se demostró la variación en la composición del flux para la determinación de minerales sulfurados por el método de ensayo al fuego, después de varios ensayos en el laboratorio de Arequipa se obtuvo una propuesta de composición del flux que se encuentra dentro de los parámetros establecidos por los laboratorios que son establecidos por el teorema de Pi Buckingham siendo la composición de flux: 54.50% litargirio, 25.50%
carbonato de sodio, 15% sílice y 5% bórax. Se realizaron 20 pruebas a la misma muestra de 20 g con flux de 150 g a una temperatura de fusión que se divide en tres fases: 860°C por 20 minutos, 960°C por 20 minutos y por ultimo 1080°C por 30 minutos luego se lleva al proceso de copelación a una temperatura de 950 a 960°C por un tiempo de 45 minutos a 60 minutos. El ensayo al fuego, es el método que determina el contenido de oro que hay en una muestra, utilizando el plomo líquido como colector de oro, separando de la fase escoria de menor densidad. Para analizar la muestra se usa reactivos básicos que funden siendo el flux compuesto de litargirio, carbonato de sodio, sílice, bórax y según la naturaleza del mineral se le adiciona harina o nitrato de potasio. Se logró mejorar la confiabilidad de las leyes
finales del mineral sulfurado usando la composición de flux propuesto en la presente tesis de investigación, dando resultados de 85% de las leyes que son aceptadas,17 leyes que se encuentran dentro de los LCI (5.271 g/t) – LCS (6.255 g/t) y solo 3 leyes que se encuentran fuera de las tolerancias aceptadas (5.056, 5.074 y 5.062 g/t) por el criterio de aceptación entre duplicados establecidos por un laboratorio químico metalúrgico de lima ( Universidad Nacional Mayor de San Marcos), en comparación con los resultados obtenidos en el laboratorio de Chala que fue solo un 30% de las leyes aceptadas bajo el mismo criterio de aceptación”.
De hecho, “el trabajo de tesis sobre el mejoramiento del proceso por ensayo al fuego para determinar Au y Ag en concentrados de Pb-Zn y Cu en la Empresa Minlab S.R.L – Caria. Trata de mejorar el proceso de fundición donde se realiza un calentamiento de crisoles antes de fundir las muestras. El ensayo al fuego consta de dos partes. La primera es la colección de los metales preciosos del resto de los elementos de la mena o concentrado mediante fundición, con un metal colector. La segunda es la separación de los metales preciosos del metal colector por medio de la copelación. Reducir el tiempo de fusión de la muestra de 1 hora a 30 minutos donde se reduce el shock térmico y la caída de temperatura de 1050°C a 845°C, evitando que las muestras rebalsen en la operación, la resistencia y el piso de carburo de sílice de deterioren quedando inoperativo el horno de fundición, donde el proceso de fusión es la parte fundamental en la operación del ensayo al fuego.
La composición del fundente o flux (180 g) y % en peso: litargirio 68.49%, sílice 6.85%, carbonato de sodio 20.55% y bórax 4.11% para una muestra de 15 g llevando a una temperatura de fusión de 1050°C por un tiempo de 30 a 45 minutos y el proceso de copelación a una temperatura 960°C por 30 a 45 minutos. Para las pruebas experimentales se realizó pruebas con calentamiento de crisoles (método mejorado) a 1050°C por 8 a 12 minutos y otra prueba sin calentar los crisoles llamado método clásico. Se logró reducir los costos por el método por vía seca, cuando se realizó un precalentamiento de crisoles, el cual nos permite que las muestra no se derrame y/o rebalse, entonces se reduce el gasto anual de S/ 30 480.00 treinta mil cuatrocientos ochenta soles, por lo tanto se obtiene la estimación comparativa económica de consumo eléctrico entre el método clásico y con precalentamiento de crisoles donde obtenemos un ahorro económico de S/ 9 477.00 nueve mil cuatrocientos setentaisiete soles. Según el trabajo experimental
realizado, se disminuyó el tiempo en el proceso de fundición de 1 hora a 30 minutos por ensayo” (Pillaca, 2017).
En 2014, Peña ha concluido que “el método Fire Assay nos permite determinar la cantidad de oro y plata que contiene el mineral o concentrado a analizar, se realiza mediante la fundición y copelación que son los procesos principales en este método. La fundición es un proceso fundamental donde se eliminan algunas impurezas que pudiera tener el mineral y nos quedamos con los metales más pesados y son separados de acuerdo a las densidades. Los tiempos de fundición son las variables a manejar en este proyecto, se requiere mejorar la variable, en base a la experimentación y la estadística se validaran estos resultados teniendo el tiempo de fundición normal. Los tiempos de fundición son confiables, pero se quiere lograr una mejora de los mismos así poder encontrar el tiempo adecuado de fundición. Se pesa 10 g de muestra luego se le agrega fundente (150 g): oxido de plomo 69%, carbonato de sodio 20.7 %, bórax 3.7% y sílice 6.9% después se lleva a una temperatura de 900°C con un tiempo de 15 minutos y se aumenta en forma gradual hasta 1070°C durante 45 minutos con la finalidad de comparar con los tiempos ya establecidos. Siendo los resultados obtenidos con los tiempos que se disminuyeron no fueron confiables, esto es a causa de los diferentes minerales que se funden a tiempo y temperatura determinados esto produce que los interferentes (exceso de bismuto no permite que el fundente oxide a menos tiempo) no alcancen a fundirse en su totalidad porque el interferente se encuentre presente en todos los procesos del ensayo al fuego”.
Por tanto, en esta investigación se propone la evaluación del flux pata optimizar la fusión en el análisis de plata y oro por fire assay en minerales oxidados como alternativa ambiental.
2.- BASES TEÓRICAS Y CONCEPTUALES
2.1.- ORO
El oro es metal de color amarillo brillante de propiedades dúctil, maleable, resistente a la corrosión y la oxidación (Lobe, 2018). Además es un mineral apreciado por el ser humano por su rareza y por su gran uso en las empresas industriales, es complicado encontrar en su estado puro. El oro nativo tiene entre el 4% al 15% de su peso de mezclas isomorfas y entre las variedades se halla: la cuprourita, paladifero y bismutoaurita. El oro en el medio ambiente puede estar en forma de granos, trozos o pepas, lajas o escamas, proviene de un efluente hidrotermal desde la profundidad de la tierra que puede ser sacados por metodologías mineras de explotación y también por efectos de erosión con agua superficial, donde el oro pueden estar en depósitos sedimentarios (Falen & Ruidias, 2020).
El oro cuando se divide en fragmentos más pequeños pueden variar de color como el rubí, negro y purpura (Antezana, 2013). Ver Figura 1 donde se muestra el oro.
Figura 1. El Oro
Fuente:(Falen & Ruidias, 2020).
2.1.1.- PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL ORO
Las características fisicoquímicas del oro lo detallamos en la Tabla 1.
Tabla 1:
Características Fisicoquímicas del Oro
Propiedades Descripción
Símbolo químico Au
Numero atómico 79
Peso atómico 196.97 g/mol
Estado de oxidación +1+3
Densidad 19.32g/cm3 (20°C)
Punto de fusión 1064.33 °C
Dureza 2.5 Mohs
Ductilidad, maleabilidad Excelente + 0.0000125mm
Soldabilidad Excelente con Ag, Sn
Trabajabilidad en caliente Excelente a partir de 300°C Nota. Fuente:(Lipa, 2019).
2.2.- PLATA
Es un metal raro precioso de color blanco – gris brillante, es de forma cubica, octaédrica también en algunas ocasiones se ubican en bandas paralelas. La plata tiene variedades en su composición original siendo: hustelita con mezcla isomorfa de oro, plata cobriza, plata antimonial, etc. La plata nativa se ubican en las zonas de oxidación de los yacimientos de menas sulfurosas, arsénico, antimonial y están de forma dendríticas, laminares, de musgos, capilares, filamentosas, etc. La plata nativa cuando se encuentran en la superficie es menos estable que el oro suele cubrirse de películas negras. En los lugares de clima cálido y seco forma estables halogenuros (Falen & Ruidias, 2020). Ver Figura 2 la plata.
Figura 2. La Plata
Fuente:(Falen & Ruidias, 2020).
2.2.1.- PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE LA PLATA
En la Tabla 2 se detalla las características fisicoquímicas de la plata.
Tabla 2:
Propiedades Fisicoquímicas de la Plata
Características Descripción
Símbolo químico Ag
Numero atómico 47
Peso atómico 107.87 g/mol
Estado de oxidación +1
Densidad 10.49g/cm3 (20°C)
Punto de fusión 962 °C
Dureza 2.5 Mohs
Ductilidad, maleabilidad Excelente < 0.0000125mm
Soldabilidad Excelente con Ag, Sn
Las sales de plata Fotosensibles
Nota. Fuente:(Lipa, 2019).
2.3.- MINERALES GEOQUÍMICOS
Los minerales geoquímicos para ensayos al fuego están conformados por minerales oxidados, minerales sulfurados y minerales neutrales (Lipa, 2019).
2.3.1.- MINERALES OXIDADOS
Según Ñaupa (2016), “se llama minerales oxidados cuando la composición del mineral ha sido oxidada o erosionada. La oxidación y otros métodos de alteración hidrotermal para la descomposición de la estructura de la roca, permitiendo un aumento de la permeabilidad. Una de las propiedades de la oxidación daña la roca formando cantidades importantes de sílica hidratada, amorfa y/o pobremente cristalina, minerales de arcilla, sales de sulfato y fases ganga de óxido e hidróxido.
El oro generalmente se encuentra liberado o asociado a los productos de la alteración de pirita y otros minerales sulfurosos, los más importantes son óxidos de hierro como la hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), goetita (FeOOH) y limonita (FeOOH.nH2O); el oro puede estar contenido en los óxidos/ hidróxidos de manganeso. El grado de liberación del oro aumenta con la oxidación”.
De hecho, “los minerales oxidados tienen la propiedad de oxidar al Pb metálico a PbO, por su fuerza oxidante se muestra en la Tabla 3” (Lipa, 2019).
Tabla 3:
Fuerza Oxidante de Minerales
Agentes oxidantes Fuerza oxidante
Hematita (Fe2O3) 1.3
Magnetita (Fe3O4) 0.9
Pirolusita (MnO2) 2.4
Nota. Fuente:(Lipa, 2019).
Para determinar la fuerza oxidante se aplica la siguiente fórmula (a) y (b) (Lipa, 2019):
Fuerza oxidante =12 ∗ Peso de harina (g) ∗ Peso de regulo (g)
peso de muestra (g) (𝑎)
Harina a aumentar =Peso de muestra (g) ∗ Fuerza oxidante
12 (𝑏)
2.3.2.- MINERALES SULFURADOS
De acuerdo a Lipa (2019),”son minerales que tienen sulfuros en diversos grados, se muestra en la Tabla 4; por su fuerza reductora, donde se reduce el litargirio a Pb metálico. Están presentes los carbones en manera libre o en forma de hidrocarburos (grafito o hulla)”.
Tabla 4:
Fuerza Reductora de Minerales
Agente reductores Fuerza reductora
Arsenopirita (FeAsS) 7
Carbón (C) 18-25
Chalcosita(Cu2S) 5
Chalcopirita (CuFeS2) 8
Galena (PbS) 3.4
Pirita (FeS) 11
Esfalerita (ZnS) 8
Nota. Fuente:(Lipa, 2019).
Para determinar la fuerza reductora se aplica la siguiente fórmula (c) y (d) (Lipa, 2019):
Fuerza reductora = 12 ∗ Peso de harina (g) ∗ Peso de régulo (g)
peso de muestra (g) (𝑐)
Cuando no se necesita harina, solo se usa KNO3.
Fuerza reductora = Peso de régulo (g)
Peso de muestra (g) (𝑑)
2.3.3.- MINERALES NEUTRALES
De hecho, “los minerales neutrales no tiene la capacidad de reducir al oxido de plomo a Pb metálico. Siendo el cuarzo, caliza, crisocola, malaquita, azurite, corundum, cromita, magnesita, siderita, rodocromita, wulfenita, entre otros” (Lipa, 2019).
2.4.- MÉTODO DE ANÁLISIS POR FIRE ASSAY O ENSAYO AL FUEGO
Según (Condori & Pacco, 2019), “el fire assay es un método de análisis químico que nos permite cuantificar metales preciosos. Este método se utiliza para determinar plata con un contenido más al 20%”. De hecho, “la cuantificación de plata y oro por este método nos ayuda mejorar la precisión de análisis para altas leyes de los mismos en los minerales” (Iza, 2011). El método ensayo al fuego es un análisis por vía clásica y vía seca el cual permite determinar los metales preciosos mediante el calor y reactivos fundentes”. Para la determinación de plata y oro se realiza por el método gravimétrico o llamado también vía seca ya sea para menas, concentrados, lamas de refinería, precipitados, aleaciones, etc. obteniendo eficiencias en sus resultados(Romero & Basilio, 2020).
De hecho, “el análisis de plata y oro por vía seca, donde el plomo tiene la propiedad de colectar el metal (plata y oro) en el proceso de fusión y retener a los metales no ferrosos y ferrosos en la escoria, cuando se realiza la oxidación para formar silicatos y boratos, termodinámicamente en las condiciones de operación en el proceso de fusión o escorificación se forma 2 fases: La primera es la formación de escoria liquida borosilicada compleja y la segunda es la formación de una fase líquida de plomo de tamaño controlado. La solubilidad de los metales preciosos en plomo metálico y con la diferencia de gravedad específica permite la separación de los metales nobles o preciosos como aleación Pb (Ag+Au). Luego en la copelación la plata y oro, son separados del plomo que lo ha colectado, el Pb es oxidado y absorbido por la copela casi en su totalidad y otra parte es volatilizada quedando un botón o régulo metálico de plata y oro denominado doré. Después pasa al proceso de partición la plata se separa por disolución con ácido nítrico dejando el oro para su determinación gravimétrica” (Condori & Pacco, 2019).
2.4.1.- PROCESO DE ANÁLISIS POR FIRE ASSAY (ENSAYO AL FUEGO)
2.4.1.1.- FUSIÓN
En 2011, Toapanta ha concluido que “la fusión en metalurgia es la operación en donde una carga de compuestos conformados por composiciones de varios elementos metálicas (óxidos, sulfuros, sulfatos, silicatos, etc.) por medio de altas temperaturas pasa a un estado líquido en condiciones termodinámicas para que forme 2 o más fases insolubles entre ellas con la condición que los compuestos formados sean fácilmente separables”.
Las principales cargas fundentes o reactivos de fusión se detallan en la siguiente Tabla 5.
Tabla 5:
Carga Fundente y Reactivos (Agente Reductor y Oxidante)
Nombre Fórmula características
Litargirio PbO Flujo básico, desulfurante
Carbonato de sodio Na2CO3 Flujo básico, desulfurante
Sílice SiO2 Flujo ácido
Bórax Na2B4O7.10H2O Flujo ácido
Harina C6H10O3 Agente reductor
Nitrato de potasio KNO3 Agente oxidante, desulfurante
Plomo laminado Pb Agente reductor
Sal NaCl Cubierta protectora
Nota. Fuente: (Condori & Pacco, 2019).
2.4.1.1.1.- FASES DE LA FUSIÓN
De acuerdo a Pillaca (2017), “Generalmente en la fundición se generan cuatro fases siendo los siguientes: escoria, mata, spiss y metálica. En la fusión, las fases en su estado líquido se estratifican produciendo capas inmiscibles y fácilmente separables cuando estos están fríos y solidificado.
2.4.1.1.1.1.- FASE ESCORIA
Según Iza (2011), “son compuestos óxidos de diferentes especies, fluoruros, cloruros, silicatos, fosfatos, boratos, etc. La escoria en su estado líquido tiene una densidad menor la cual se encuentra en la parte superior de la mezcla fundida. Las densidades de otras escorias comunes están entre 2.72 y 2.84 g/cm3 a una temperatura entre 1050 °C y 1080°C. Las escorias son compuestos de desecho y tienen la propiedad de colectar y retirar la mayor parte de los productos del material valioso. Por otro lado las escorias sirven también como protección térmica de la combinación de fundente, ayuda a proteger la perdida de calor de la misma (Antezana, 2013). Las propiedades de las escorias son importantes en los procesos metalúrgicos, donde garantizan la separación de las impurezas y compuestos indeseables. Asimismo se separan fácilmente de la fase metálica. Para el cual se deben controlar la viscosidad, punto de fusión, densidad, tensión superficial y la agregación de fundentes o formadores de escoria”. Ver Figura 3.
Figura 3. Fase Escoria Solidificada Después de la Fusión Fuente:(Peña, 2014).
Los resultados de Antezana (2013) indican que “la gran parte de las escorias están compuestas por óxidos y en forma abundante como parte de la ganga que se encuentran con los metales preciosos. Siendo los óxidos: SiO2, CaO, MgO, FeO, Al2O3, MnO y P2O5. Las escorias están compuestos por tres tipos de óxidos:
básicos, ácidos y anfóteros”.
- ÓXIDOS BÁSICOS
De hecho, “los óxidos básicos están compuestos por metales bivalentes como son:
FeO, MgO, CoO, ZnO y PbO. Se produce cuando el metal se une con el oxígeno a través de enlaces iónicos, formando redes cristalinas en 3 dimensiones. Donde las redes cristalinas de estos óxidos se rompen durante la fusión, produciéndose la formación de cationes rodeados por aniones de propiedades menos rígidas. Otros óxidos metálicos son menos iónicos que otros, donde se debe saber que enlaces iónicos se han formado, sabiendo esto se mide la predisposición de los óxidos a disociarse como iones en estado líquido” (Antezana, 2013).
- ÓXIDOS ÁCIDOS
Según Toapanta (2011), “son óxidos que están enlazados por enlaces covalentes producidos por no metales, siendo los más resaltantes como el dióxido de sílice (SiO2) y trióxido de boro (B2O3). También se encuentran algunos metales que forman óxidos ácidos tal como: As2O5, Sb2O5, WO3, V2O5, TiO2 y Bi2O5. Dichos óxidos en fase sólido producen redes trimensionales cuando se agrega a su estructura iones O2- libres”.
- ÓXIDOS ANFÓTEROS
De hecho, “son aquellos que tienen características como óxidos básicos y óxidos ácidos, quiere decir que tienen el comportamiento de un ácido frente a óxidos básicos y como básicos frente a óxidos ácidos. Los importantes óxidos anfóteros que se encuentran en yacimientos de metales preciosos son: Al2O3, ZnO, SnO2, TiO2, As2O3 y Bi2O3. Cuando la fuerza de unión de un ión metálico hacia un ión de oxígeno es proporcional a la proporción z/A2, donde z es la carga del ión metálico y A es la suma de los radios iónicos. La Tabla 6 muestra los tipos de los óxidos en función de su acidez. Se muestra cuando es menor la fuerza de atracción, mayor es el carácter iónico. La atracción es mayor en casos del fosforo y el silicio tiene iones pequeños que tienen grandes cargas eléctricas por lo tanto el oxígeno es atraído con una fuerza produciendo aniones muy estables” (Antezana, 2013).
Tabla 6:
Tipos de Óxidos.
Óxido z/A2 % De enlace iónico Clasificación de oxido
Na2O3 0.18 65 Básico
BaO 0.27 65 Básico
SrO 0.32 61 Básico
CaO 0.35 61 Básico
MnO 0.42 47 Básico
FeO 0.44 38 Básico
ZnO 0.44 44 Básico
MgO 0.48 54 Básico
BeO 0.69 44 Básico
Cr2O3 0.72 41 Anfótero
Fe2O3 0.75 36 Anfótero
Al2O3 0.83 44 Anfótero
TiO2 0.83 41 Anfótero
B2O3 1.17 - Ácido
SiO2 1.22 36 Ácido
P2O3 1.66 28 Ácido
Nota. Fuente: (Antezana, 2013).
2.4.1.1.1.2.- FASE MATA
Según Peña (2014),”Son compuestos de sulfuros metálicos, siendo el más importante como sulfuros de hierro, cobre, níquel, plomo y zinc. La fase mata en estado líquido presentan fluidez porque contienen las mismas viscosidades de los metales líquidos y disuelven fácilmente a los metales nobles (plata y oro), siendo una fase no deseable en la etapa de colección de los metales de interés. Las matas tienen densidades entre 4.16 y 7.7 g/cm3 son más pesados que las escorias, se almacenan y pasan al estado sólido por debajo de la escoria. Ver Figura 4.
Figura 4. Fase Escoria en la Parte Inferior y Fase Mata en la Parte Superior en un Crisol de Arcilla de Corte Transversal
Fuente:(Antezana, 2013).
2.4.1.1.1.3.- FASE SPEISS
De acuerdo a Pillaca (2017), “la fase speiss tiene una apariencia metálica, están compuestas por soluciones de arseniuros y antimoniuros de metales pesados como el hierro, cobalto, níquel, cobre, etc. Tienen una densidad menor que la fase metálica y mayor a la fase escoria y mata. Disuelven con facilidad a los metales nobles como el oro y platino, siendo una fase no deseable en procesos de colección de estos metales”.
2.4.1.1.1.4.- FASE METÁLICA
Según Toapanta (2011), “la fase metálica está compuesto por metales puros, aleaciones de metales, soluciones de no metales con metales. Los metales en su estado líquido tienen menores viscosidades y mayores tensiones superficiales formando un ángulo de contacto mínimo entre el metal líquido y las superficies de los materiales refractarios que los contienen, permitiéndolos fluir con más facilidad.
La densidad de esta fase es mayor que las demás fases, se ubica en la parte baja de la mezcla fundida. La densidad del oro 19.3 g/cm3, de la plata 10.49 g/cm3, plomo 11.34 g/cm3, etc. Esta es la fase importante del proceso de fusión y la que se desea colectar a los metales preciosos”.
La fase metálica también conocida como régulo de plomo. El plomo en el proceso de fusión es el colector de mátales preciosos (plata y oro) y los mismos que son separados del plomo mediante el proceso de copelación (Iza, 2011).
2.4.1.1.2.- CLASES DE FUSIÓN
Existen diferentes tipos de fusión en la metalurgia extractiva siendo: fusión oxidante y fusión reductora.
2.4.1.1.2.1.- FUSIÓN OXIDANTE
En 2011, Toapanta ha concluido que “es un proceso exotérmico, donde se forma una oxidación de compuestos metálicos mediante un cambio de estado de sólido a líquido con la agregación de agentes oxidantes como el aire, oxigeno, óxidos metálicos, etc. La función principal de la fusión oxidante consiste en desulfurar las matas”. La reacción (1) es un ejemplo de fusión oxidante de un proceso de desulfuración:
2MS(l) + 3𝑂2(𝑔) → 2𝑀𝑂(𝑙) + 2𝑆𝑂2 (𝑔) (1)
Dónde: MS es el sulfuro metálico y MO es el óxido metálico que se forma (Toapanta, 2011).
2.4.1.1.2.2.- FUSIÓN REDUCTORA
Es un proceso endotérmico cuando un óxido metálico se encuentra en estado sólido o líquido se reduce, pasa a metal líquido, formando la siguiente reacción (2):
MO(s, l) + R → 𝑀(𝑙) + 𝑅𝑂 (𝑠, 𝑔) (2)
Dónde: MO óxido metálico, R agente reductor y M metal en estado líquido. Los agentes reductores más utilizados son: harina, carbono, monóxido de carbono, hidrogeno, tartrato de potasio, fierro metálico, aluminio, magnesio , etc. (Toapanta, 2011).
El proceso de fusión se observa según el esquema:
(Mineral aurífero pulverizado) + (Fundente) + (Reductor u oxidante) →
(Régulo de plomo + Au + Ag + impurezas metálicas + escoria) (3)
2.4.1.1.3.- FLUX O CARGA FUNDENTE
De hecho, “son compuestos químicos empleados para disminuir el punto de fusión y oxidar los metales no nobles en la etapa de fundición. El compuesto atrae la escoria y ciertas impurezas. El flux tiene el propósito de eliminar películas de óxido y ayuda a la unión del metal depositado con el metal base. Siendo la función principal del fundente es enlazar las masas del metal recubierto de óxidos y se produce una sola laguna del metal fundido cuando se lleva a una temperatura por encima del punto de fusión debido a las fuerzas de tensión superficial. El flux cumple la función de colectar la escoria, metales no ferrosos evitando así su presencia final en el doré (Au y Ag)” (Condori & Pacco, 2019).
2.4.1.1.3.1 PROPIEDADES Y COMPOSICIÓN DEL FLUX
De acuerdo a Iza (2011), “la separación de los compuestos y las impurezas depende de la escoria que se genera. La eficiencia de separación se observa en las cantidades obtenidas de leyes de plata y oro. El rendimiento depende de la naturaleza del mineral aurífero, composición y propiedades del flux empleada. La sílice es la base para el flux es utiliza por su capacidad de disolver óxidos metálicos.
El flux se determinara en función de los óxidos presentes en los minerales en estudio. Se trabajara con un mineral que tenga un tamaño adecuado de partícula, de forma que la partícula este en contacto con las partículas de cada componente del flux”.
Según Pillaca (2017),”para la agregación óptima de la mezcla fundente se necesita un análisis mineralógico del mineral que se va determinar. Un mineral con ganga ácida requiere una mezcla fundente básica y un mineral con ganga básica necesita
una mezcla fundente ácida. Para minerales oxidados donde en su composición contienen metales oxidados se le agrega harina como agente reductor y para minerales sulfurados donde predomina azufre como galena, pirita, calcocita, entre otros. Se agrega nitrato de potasio”.
Los resultados de Condori y Pacco (2019) indica que “el parámetro principal para una óptima fusión es la selección exacta y la cantidad apropiada del flux”.
Las principales cargas fundentes o flux para el análisis de plata y oro son:
A.- ÓXIDO DE PLOMO O LITARGIRIO
Es llamado también litargirio (PbO) siendo su punto de fusión 883°C, tiene un 92.8%
Pb Es un flujo básico fundible y también es un agente oxidante y desulfurante.
Cuando el PbO se reduce, el plomo fundido en cantidad necesario colecta (oro y plata). El plomo fundido su punto de fusión es 327°C y una gravedad especifica de 2.8. El botón de plomo fundido es oxidado otra vez a PbO por el aire. En el proceso de copelación se hace uso de un vaso fabricado de ceniza de huesos en donde se absorbe el óxido de plomo líquido, cuando hay exceso de PbO en la carga el plomo fundido tiene la capacidad de disolver los metales nobles. El Au y Ag son ligeramente soluble en litargirio. El PbO a una temperatura de 726°C tiene una atracción por la sílice produciendo escoria bastante viscosa como son: PbO.SiO2 o 2PbO.SiO2. El PbO.SiO2 dichas escorias se funden a 770°C. A una temperatura de 940°C la escoria tiene una buena fluidez y hace que (oro y plata) se colecten en el régulo de plomo. Cuando el silicato de plomo está formado es estable y se descompone difícil. Dicha escoria reacciona con las superficies del crisol ocasionando un agujero del crisol siendo una escoria corrosiva. Mostramos un ejemplo de reacción cuando el litargirio actúa como agente oxidante (Condori &
Pacco, 2019):
2PbO + C → 𝐶𝑂2 ↑ +2𝑃𝑏 ( 𝐴𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑢𝑛 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒) (4)
En la Tabla 7 se muestra características del litargirio.
Tabla 7:
Propiedades del Litargirio
Fórmula PbO
Nombre químico Óxido de plomo II
Nombre común Litargirio
Aspecto Sólido amarillo brillante
Peso molecular 223.2 g/mol
Punto de fusión 883°C
Gravedad específica 9.32
Nota. Fuente: (Condori & Pacco, 2019).
B.- CARBONATO DE SODIO
Compuesto básico fundente, por su facilidad con que forma los sulfuros alcalinos y sulfatos. También es un agente desulfurante y oxidante. Funde a 852°C, tiene la cualidad de separar o mantener en suspensión una cierta cantidad de materiales refractarios no deseables como carbón o ceniza de hueso. A temperatura de 950°C, el carbonato de sodio se disocia de forma débil con la volatilización de un pequeño vapor de CO2 y 0.4% de álcali libre. La sílice es adherida en el carbonato de sodio fundido este álcali libre primero desaparece, luego la reacción toma lugar entre la sílice y el carbonato de sodio cierta cantidad de dióxido de carbono es liberado, esta reacción es directamente proporcional la cantidad de sílice adherida produciendo una reacción de equilibrio según la siguiente reacción (Condori &
Pacco, 2019):
𝑁𝑎2𝐶𝑂3+ Si𝑂2 → 𝑁𝑎𝑆𝑖𝑂3+ 𝐶𝑂2 ↑ (5)
En la Tabla 8 se muestra características del carbonato de sodio.
Tabla 8:
Propiedades del Carbonato de Sodio
Fórmula Na2CO3
Nombre químico Carbonato de sodio
Nombre común Caliza
Aspecto Polvo blanco higroscópico
Peso molecular 106.004 g/mol
Punto de fusión 852°C
Densidad 2.533 g/cm3
Nota. Fuente: (Condori & Pacco, 2019).
C.- SÍLICE
El dióxido de silicio (SiO2), es un fuerte fundente ácido. El SiO2 se mezcla con los óxidos de metales para formar silicatos es el principal reactivo que forma la mayoría de la escoria. El dióxido de silicio su punto de fusión es 1750°C. También son utilizados como flujo cuando el mineral en su composición tenga menor sílice, permite a proteger los crisoles del litargirio por ser corrosivo y escorifica al hierro.
La sílice debe ser utilizada con la cantidad necesaria para evitar el exceso de sílice que puede ocasionar pérdidas de los metales (oro y plata) por la escoria. A continuación presentamos las siguientes reacciones (Condori & Pacco, 2019):
PbO + Si𝑂2 → 𝑃𝑏𝑆𝑖𝑂3 (6)
𝑁𝑎2𝐶𝑂3+ Si𝑂2 → 𝑁𝑎𝑆𝑖𝑂3+ 𝐶𝑂2 ↑ (5)
En la Tabla 9 se observa las características de la sílice.
Tabla 9:
Propiedades de la sílice
Fórmula SiO2
Nombre químico Óxido de sílice IV
Nombre común Cuarzo
Aspecto Sólido blanco
Peso molecular 60.08 g/mol
Punto de fusión 1750°C
Densidad a 0°C 2.651 g/cm3
Nota. Fuente:(Condori & Pacco, 2019).
D.- TETRABORATO DE SODIO DECAHIDRATADO (BÓRAX)
Es denominado también bórax es un fundente ácido, activo y bastante fusible también se funde en su propia agua de cristalización a una determinada temperatura se hincha porque elimina agua, se funde produciendo un vidrio viscoso a 527°C y se forma un líquido muy fluidez sobre los 727°C. El bórax separa la mayor parte de los óxidos metálicos y genera la escoria de forma ordenada en el proceso de fusión. La disolución de óxidos metálicos por medio del bórax ocurre en dos fases: en la primera fase el bórax se funde tomando una forma vidriosa transparente a través de una mezcla de metaborato de sodio y anhídrido bórico como se muestra en la reacción (Pillaca, 2017):
𝑁𝑎2𝐵4𝑂7 → 2𝑁𝑎𝐵𝑂2 + 𝐵2𝑂3 (7)
El segundo el anhídrido bórico reacciona con el óxido metálico (M) para formar un borato metálico como se observa a continuación:
𝐵2𝑂3+ 3MO → 𝑀3(𝐵𝑂3)2 (8)
Además existen 5 tipos de boratos, asimismo se asemejan a la clasificación de los silicatos y se detallan en Tabla 10. La mezcla fundente es agregada con la finalidad de formar escoria de tipo borosilicatos, metasilicatos y mataboratos, además
disuelven a los óxidos metálicos y se produce escorias fusibles y de bajo viscosidad de acuerdo a las temperatura de trabajo del horno de fusión (Pillaca, 2017).
Tabla 10:
Clasificación de los Boratos
Nombre Fórmula
Ortoborato 3MO.B2O3
Piroborato 2MO.B2O3
Sesquiborato 3MO.2B2O3
Metaborato MO.B2O3
Tetraborato 2MO.2B2O3
Nota. Fuente:(Pillaca, 2017).
2.4.1.1.3.2.- COMPORTAMIENTO DEL FLUX O CARGA FUNDENTE
El comportamiento de la composición del flux se basa principalmente en el sistema ternario bórax, carbonato y sílice, siendo los tres componentes. El diagrama muestra fases determinadas con estructuras cristalográficas definidos como el cuarzo, trimidita y cristobalita. Además también presenta varias isotermas a diferentes temperaturas los cuales indican el punto de fusión a determinadas composiciones ternarias (Romero & Basilio, 2020). Ver Figura 5.
Figura 5. Diagrama Ternario de B2O3 - Na2O -SiO2
Fuente:(Romero & Basilio, 2020).
2.4.1.1.4.- REACTIVOS (AGENTE REDUCTOR Y OXIDANTE)
a.- HARINA
Es un agente reductor porque contiene carbón es empleado en minerales oxidados cuando se agrega tiene la propiedad de regular el tamaño del régulo de plomo. Se utiliza para reducir algunos elementos complicados o para producir encostramientos. A continuación mostramos el siguiente reacción (Condori &
Pacco, 2019):
𝐶6𝐻10𝑂5+ 12PbO → 12Pb + 6𝐶𝑂2 ↑ +5𝐻2𝑂 (9)
Ver Tabla 11 donde se detalla las características de la harina.
Tabla 11:
Propiedades de la Harina
Fórmula C6H10O5
Nombre químico Polisacárido – celulosa
Nombre común Harina
Aspecto Sólido blanco amarillento
Peso molecular 162.14g/mol
Punto de fusión 742°C
Fuente:(Condori & Pacco, 2019).
b.- NITRADO DE POTASIO
Llamado también nitro, actúa como agente oxidante poderoso. Se funde a 339°C.
También funde a bajas temperatura no produce ninguna modificación y a altas temperatura se descompone y desprende oxígeno que oxida a los sulfuros y metales básicos como Pb y Cu. Siendo estable a temperatura 400°C. La reacción a temperatura alta es la siguiente (Condori & Pacco, 2019):
KN𝑂3+ 7Pb → 7PbO + 3𝐾2𝑂 + 3𝑁2 ↑ +4𝑂2 (10)
La oxidación de sulfuros metálicos a óxidos cuando se utiliza nitrato de potasio ver la siguiente reacción química (Pillaca, 2017):
4Fe𝑆2+ 10KN𝑂3 → 4FeO + 2𝐾2𝑆𝑂4+ 3𝑆𝑂2+ 5𝑁2 (11) La Tabla 12 detalla las características del nitrato de potasio.
Tabla N°12:
Propiedades del Nitrato de Potasio
Fórmula KNO3
Nombre químico Nitrato de potasio
Nombre común Nitrato o salitre
Aspecto Pequeños cristales blancos
Peso molecular 101 g/mol
Punto de fusión 339°C
Fuente:(Condori & Pacco, 2019).
c.- PLOMO ELECTROLÍTICO O LAMINADO
Es de forma granular o chapa de metal, se funde a 326°C. Son usados con la finalidad de formar un cubo que colecta a los metales(oro y plata), en la copelación se presenta la reacción oxidante el Pb metálico se oxida a PbO es absorbida por la copela (Condori & Pacco, 2019).
Ver Tabla 13 donde se muestra características del plomo electrolítico o laminado.
Tabla 13:
Propiedades del Plomo Electrolítico o Laminado
Fórmula Pb
Nombre químico Plomo
Nombre común Plomo electrolítico
Aspecto Sólido gris brillante52
Peso específico 11.4
Punto de fusión 326°C
Fuente:(Condori & Pacco, 2019).
d.- CLORURO DE SODIO
Se funde a 819°C, también cumple la función de proteger las paredes del costado del crisol. Denominado sal común, se usa para bajar temperatura de fusión del
