La recuperación de metales a partir de minerales mediante procesos alternativos es apropiada para la reducción de contaminantes producidos en fundiciones y operaciones tradicionales; la lixiviación de metales con el uso de reactivos químicos a bajas concentraciones permite la reutilización de las soluciones, así como la reducción de problemas en el reciclaje de las soluciones.
La lixiviación con reactivos orgánicos a temperatura ambiente reduce los problemas de generación de gases y consumo de reactivos, por lo que resulta ser una opción para la obtención de metales a partir de minerales.
Este trabajo presenta una alternativa para la recuperación de plomo mediante la lixiviación de un mineral de galena utilizando citrato de sodio en una concentración de 0.2 M a temperatura ambiente.
Se evalúa el efecto del pH en medio ácido, neutro y alcalino, donde se logra recuperar el 99.9% de plomo en medio alcalino.
La recuperación de plomo mediante métodos alternativos a la fundición es una opción que debe ser considerada para la reducción de la demanda energética, los problemas ambientales y de salud pública relacionados con las técnicas tradicionales.
Los procesos pirometalúrgicos utilizadas en la recuperación del plomo derivados de la refinación de minerales de zinc y plata requieren altas temperaturas y generan grandes cantidades de gases tóxicos y polvos contaminantes.
Estos procesos implican varias fases de purificación, lo que aumenta la complejidad de mismo.
Por otro lado, los polvos deben ser tratados de manera exhaustiva para evitar su liberación a la atmósfera y su deposición en aguas utilizadas para el consumo humano.
Por estas razones, es importante evaluar métodos alternativos de recuperación del plomo que sean más eficientes y menos perjudiciales para el medio ambiente.
Estos métodos alternativos pueden incluir tecnologías para la obtención de plomo a través de procesos hidrometalúrgicos o electrometalúrgicos, los cuales son considerados menos tóxicos y más eficientes para el aprovechamiento del plomo [1].
El plomo es uno de los metales con mayor demanda a nivel mundial [2] y se estima que más del 80% de este metal se aprovecha a partir del reciclaje de piezas y baterías de automóviles que se han desechado [3]; del restante solo se aprovechan minerales como la galena (PbS) y cerusita (PbCO3) mediante procesos pirometalúrgicos donde es necesario el control de algunas variables operativas en la producción y tratamiento de gases peligrosos, así como el tratamiento y confinamiento de los residuos generados [4].
Los minerales de plomo, en algunos casos, se encuentran asociados a la plata, cobre, hierro, zinc, entre otros [5]; este tipo de asociaciones son de interés por sus contenidos de plata, cobre y zinc, dejando al plomo una operación secundaria; donde a partir de la concentración de plomo se decide si se trata o se envía a la presa de jales para su confinamiento.
Otra vía de uso del plomo se encuentra en el tratamiento de residuos generados en diversas industrias y etapas de algunos procesos como, escorias de fundición [5] dónde se han reportado concentraciones altas derivado del mal control del proceso, y en el desecho de tubos catódicos que puede ser reprocesados para la recuperación de este metal por tratamientos piro e hidrometalúrgicos [6].
La lixiviación de minerales es un método de disolución acuosa que requiere del control de la concentración de los reactivos químicos, pH y temperatura necesaria para llevar a cabo la disolución selectiva de ciertos elementos de interés a partir de minerales.
Para la disolución del plomo en medio acuoso, el uso de agentes orgánicos como el citrato de sodio es una alternativa interesante debido a la formación de complejos estables con el plomo y puede ser usado en el tratamiento de materiales con contenido de este metal.
En medio ácido, la lixiviación de cerusita (PbCO3) alcanza el 80% de la disolución del plomo a las seis horas [7]; en medio alcalino [8] los materiales de reciclaje provenientes de baterías de automóviles de desecho, la lixiviación con citrato de sodio y ácido acético para la obtención pastas [9].
Por lo tanto, para la recuperación de metales a partir de minerales sulfurados y materiales refractarios de desecho es necesario la implementación de procesos de lixiviación a condiciones exhaustivas (concentración de reactivos y temperatura) [10]; además de la implementación de una etapa de pretratamiento del material para que el proceso de disolución se lleve a cabo.
El trabajo se realizó con un mineral de galena proveniente de una planta de tratamiento de minerales del estado de Zacatecas-México.
Este mineral se redujo a una fracción de tamaño en un mortero de ágata.
Las especies minerales presentes en la muestra se determinaron por difracción de rayos X (Advance D8), en un intervalo de 2° a 90° para un ángulo de 2θ a la velocidad de 8°/min, y el contenido metálico se determinó por digestión ácida.
La muestra se redujo de tamaño menor que 53 µm en un mortero de ágata y una fracción representativa del todo el mineral de 0.1 g se pasó a digestión con agua regia (75% HCl y 25% HNO3), la solución obtenida se analizó en un espectrómetro de absorción atómica (SpectrAA Varian AA220).
Todas las soluciones utilizadas en este trabajo fueron preparadas con reactivos de grado químico, agua desionizada, citrato de sodio (NaH2(C3H5O(COO)3)), peróxido de hidrógeno (H2O2), ácido sulfúrico (H2SO4) e hidróxido de sodio (NaOH), marca Meyer.
Las pruebas se realizaron en un reactor de agitación orbital (SK-300, figura 1) con matraces Erlenmeyer de 250 mL (pyrex), en los cuales se tomaron los datos de pH y ORP; así como las muestras en los tiempos establecidos, estas muestras se filtraron con ayuda de filtro (PTFE 0.22 μm) para su análisis por absorción atómica.
Reactor experimental con el multiparámetro para toma de datos y muestras.
| Condición | Valor |
|---|---|
| Relación sólido/líquido | 3 g/L |
| Citrato de sodio | 0.2 M |
| Peróxido de hidrógeno | 0.1 M |
| pH evaluado | 5, 6, 7, y, 8 |
| Velocidad | 250 revoluciones por minuto |
| Temperatura | 25°C |
| Tiempo total | 10 horas |
| Intervalos de muestreo | 1, 2, 4, 6, 8 y 10 horas |
Para el trabajo se realizaron una serie de pruebas, con el mineral de galena (PbS) y la solución de citrato de sodio a una relación sólido/liquido de 3 g/L, 0.2 M de citrato y se evaluó la presencia del peróxido de hidrógeno como agente oxidante en el sistema a 0.1 M a diferentes valores de pH 5, 6, 7, y, 8 a una velocidad de 250 revoluciones por minuto y temperatura ambiente de 25°C (tabla 1).
El tiempo total de las pruebas de lixiviación fue de 10 horas, donde se tomaron muestras a intervalos de 1, 2, 4, 6, 8 y 10 horas, además se realizó el ajuste de condiciones pH con ácido sulfúrico diluido.
Todas las pruebas se realizaron en el laboratorio de metalurgia en la Facultad de Ingeniería-Universidad Nacional Autónoma de México y en la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa.
Las pruebas de lixiviación se realizaron con la finalidad de evaluar la disolución del mineral de galena en presencia del citrato (0.2 M) a diferentes valores de pH en ausencia y presencia de peróxido de hidrógeno como oxidante.
La figura 5, presenta los resultados de las pruebas de lixiviación del mineral a diferentes valores de pH y una concentración de 0.2 M de citrato; para estas pruebas, la recuperación de plomo presente en la muestra de galena tiene un comportamiento inestable durante el proceso de lixiviación del plomo contenido en la galena a pesar de la presencia del citrato.
La recuperación del plomo es menor que 29%, el citrato tiene la capacidad de formar complejos estables con el plomo a los valores de pH ensayados (figura 4).
En la figura 5 se obtiene una recuperación de plomo menor que 30% a todos los valores de pH ensayados y un potencial menor que 400 mV (figura 6), este comportamiento confirma la importancia del uso del agente oxidante en el proceso de lixiviación de la galena.
La figura 8, presenta la recuperación de plomo por lixiviación con citrato a diferentes valores de pH, a una concentración de 0.1 M de peróxido (H2O2) como agente oxidante.
A estas condiciones en medio neutro y alcalino, pH 6, 7 y 8 se tienen altas disoluciones de plomo alcanzando 95.4, 99.7 y 99.9%, respectivamente; este comportamiento está relacionado a la formación del complejo plomo-citrato (Pb-cit, figura 6) esta zona de estabilidad del complejo se reduce en la medida que disminuye el valor del pH; por lo tanto, se tiene una menor recuperación a pH 6 (41.6 %) a los 600 min.
El efecto del oxidante (H2O2) juega un rol importante debido a que un incremento del potencial de óxido-reducción (ORP) permite la disolución de PbS, cuando este no está presente en el sistema el valor de potencial es menor que 400 mV vs SHE (figura 6); al adicionar 0.1 M H2O2 el potencial del sistema se incrementa a un valor mayor que 400 mV vs SHE (figura 9).
En cuanto a la recuperación de plomo, en presencia del peróxido de hidrógeno se presenta en la (figura 8), donde se tiene una mayor recuperación en el sistema neutro y alcalino (pH 7 a pH 8) con un porcentaje de disolución cercano al 96% a la primera hora de iniciada la prueba; en la medida que se modifica el pH a un medio ácido, el porcentaje de recuperación es de 80% para pH 6 y finalmente a pH 5 la recuperación disminuye a un valor de 40%.
De acuerdo a este comportamiento se puede asegurar que el sistema de lixiviación alcalino es el más eficiente para la recuperación del plomo presente en la galena bajo las condiciones ensayadas.
La figura 10 presenta el diagrama de distribución de especies para el sistema hierro-citrato (Fe-Cit) donde a un pH mayor que 6 se tiene la presencia de Fe2O3 en forma sólida el cual es el posible responsable de la baja disolución del hierro en el sistema y promueve una mayor selectividad del citrato por el plomo.
En la figura 11A se puede observar el residuo generado del proceso de disolución de la galena con citrato sin peróxido donde este es incompleto para cualquier valor de pH (5, 6, 7, 8) al final de las pruebas se muestra casi la mitad en relación a la muestra inicial a diferencia la figura 11B muestra los residuos del proceso de lixiviación con oxidante donde disolución del mineral es completa para pH 8 y en medida que baja el valor del pH la disolución se ve afectada hasta llegar a un pH 5 donde queda una mayor cantidad del mineral sin disolver.
Para el sistema propuesto a pH 5, 6, 7 y 8 a temperatura ambiente 25 °C y a una velocidad de 250 rpm la disolución de plomo se lleva a cabo en presencia de citrato en una concentración de 0.2 M y peróxido de hidrógeno a 0.1 M, en medio alcalino se alcanza una mayor disolución de plomo en presencia del peróxido de hidrógeno, dónde se consiguen resultados favorables para el plomo (99.9%) antes de llegar a la primera hora de lixiviación a pH 8.
La disolución de hierro presenta una menor disolución (0.03 ppm) debido al potencial de oxidación alcanzado (mayor que 400 mV vs SHE) donde se propicia a la lixiviación selectiva de la galena.
Los Secretos de la Lixiviación Paso a Paso
Investigación y experimentación realizada gracias al Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT) “lixiviación selectiva de cobre y plomo a partir de sulfuros en medio alcalino con tiourea (Tu) y otros agentes orgánicos”.
La galena es un sulfuro de color gris plúmbeo, en ocasiones, presenta tonalidades azuladas; opaco; brillo metálico; color de la raya gris plomo azulada; de baja dureza (2.5 en la escala de Mohs); y exfoliación (rotura de un mineral siguiendo una superficie plana) excelente y fácil según las caras del cubo.
Se densidad muy elevada (7.4 gr/cc).
Se suele conformar en buenos cristales, de hábito cúbico y octaédrico, o combinación de ambos.
También se presenta en forma de masas exfoliables, granulares, a veces plumosas.
Se altera a sulfatos (anglesita) y carbonatos de plomo (cerusita).
La galena es un mineral hidrotermal de media-baja temperatura típico, suele aparecer asociado a rocas ácidas (graníticas), y en rocas pegmatíticas.
También se han descrito junto a yacimientos de rocas cabornatadas.
La galena se asocia a menudo con minerales de plata y plata, denominada galena argentífera.
Los lugares donde se explota la galena son: Freiberg, Sajonia; las montañas del Harz, Alemania; Pribram y Bohemia, Checoslovaquia; Derbyshire y Cumbria, Inglaterra; mina Sullivan, Columbia Británica, y Broken Hill, Australia.
También se extraen en Missouri (EE.UU), Irlanda y Perú.
En España, cabe destacar las minas de Linares y La Carolina (en Jaén) donde se explota galena argentífera; también hay yacimientos en Ciudad Real, Almería, Lérida (Vilaller) y Murcia (La Unión).
Se identifica por su color, su exfoliación cúbica perfecta, por ser blanda, y por su gran peso específico.
La galena es mena de plomo y de plata (en el caso de las galenas argentíferas).
El plomo obtenido se emplea como placas de los acumuladores eléctricos y para la producción de tubos, láminas y perdigones.
Para la fabricación de pantallas de protección contra el uranio y otras sutancias radiactivas.
La galena es un mineral de sulfuro de plomo cuyos cristales se presentan en capas masivas, cúbicas, octaédricas y fibrosas.
Hoy en día, es el mineral de plomo más importante utilizado en la producción de materias primas.
El mineral fue descrito por primera vez por Plinio el Viejo (Gayo Plinio Segundo) en el año 77 d. C.
Lo nombró a partir de la palabra latina para "mineral de plomo" porque diversas sociedades lo utilizaban como fuente de plomo.
Esto se debe en parte al punto de fusión relativamente bajo necesario para fundir la galena.
El origen antiguo del mineral se encuentra en Cerdeña, Italia, pero hoy en día existen importantes yacimientos en todo el mundo.
Los mejores ejemplares de galena hasta la fecha se producen actualmente en países como Australia, Canadá, el Reino Unido y Estados Unidos.
Es común que otros minerales coexistan con la galena, como la plata, el cobre, el cuarzo, la pirita, la esfalerita, la fluorita, la calcita y la calcopirita.
Entonces, la pregunta más importante es: ¿por qué es peligrosa la galena?
La galena (PbS), un mineral primario de plomo, se considera peligrosa principalmente debido a su contenido de plomo.
Si bien la galena es bastante estable y fácil de manipular en cristales sólidos, al triturarla, molerla o fundirla en molinos de rodillos verticales o de bolas , libera polvo o humos tóxicos de plomo, que pueden ser nocivos si se inhalan o ingieren.
La exposición prolongada a la galena puede causar envenenamiento por plomo, daño nervioso y problemas renales, mientras que los residuos mineros también pueden contaminar el suelo y las fuentes de agua.
La perfecta exfoliación cúbica de la galena, su brillo metálico, su color gris plomo y su relativa blandura la distinguen de la mayoría de los demás minerales metálicos.
Sin embargo, quizás su característica más llamativa sea su altísima densidad (gravedad específica elevada).
Una muestra de galena se siente mucho más pesada que muestras de tamaño similar de la mayoría de los minerales, incluyendo otros minerales metálicos.
La galena (PbS) y la sal de roca (sal o NaCl) tienen estructuras cristalinas idénticas, por lo que no sorprende que presenten una exfoliación cúbica perfecta similar.
Ambos minerales se fracturan a lo largo de tres líneas débiles perpendiculares.
La galena es un mineral endógeno común, que se forma principalmente en procesos hidrotermales de temperatura baja a moderada.
La formación de la galena no se limita a un solo tipo de roca.
Se encuentra en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias, lo que demuestra su versatilidad como mineral natural.
A menudo se presenta como mineral de reemplazo en rocas sedimentarias, lo que indica su naturaleza dinámica durante los procesos geológicos.
Yacimientos hidrotermales: Este es el tipo más importante de origen de la galena.
Se encuentra comúnmente en depósitos de vetas hidrotermales de temperatura media y baja, así como en depósitos tipo skarn.
A menudo coexiste con minerales como la esfalrita (ZnS), la pirita (FeS₂), la calcopirita (CuFeS₂), la calcita, el cuarzo, la fluorita y la barita.
Depósitos sedimentarios: Se encuentran en depósitos estratificados de plomo y zinc alojados en rocas sedimentarias (SEDEX) y en depósitos tipo valle del Misisipi (MVT).
Rocas metamórficas: En algunos casos, la galena puede formarse durante el metamorfismo de rocas o minerales ricos en plomo.
Enriquecimiento secundario: El proceso de enriquecimiento secundario puede provocar la concentración de galena en ciertas zonas.
La formación de galena implica diversos factores, como la presencia de plomo, azufre y condiciones geológicas favorables.
Presencia de plomo: La formación de galena requiere una fuente de plomo.
Azufre: El azufre es otro componente clave.
Entre las fuentes de azufre se incluyen diversos procesos geológicos, como la actividad volcánica, que liberan dióxido de azufre (SO₂) a la atmósfera.
Actividad hidrotermal: La circulación de fluidos hidrotermales a alta temperatura es un mecanismo común para la formación de galena.
Estos fluidos suelen originarse en las profundidades de la Tierra y transportan minerales disueltos, como plomo y azufre.
Reacciones químicas: En los sistemas hidrotermales, se producen reacciones químicas entre el plomo, el azufre y otros elementos de las rocas circundantes.
Cristalización: Cuando la galena precipita de fluidos hidrotermales, forma cristales distintivos.
El entorno y las condiciones geológicas específicas influyen significativamente en el tamaño y la calidad de los yacimientos de galena.
La galena puede presentarse como mineral primario en minas de plomo o como subproducto de la minería de otros minerales.
La galena se extrae principalmente en zonas productoras de plomo.
Es el mineral de plomo más común e importante y, a menudo, la principal fuente de producción de plomo.
Estas minas se especializan en la extracción de mineral de plomo, principalmente galena.
Suelen ubicarse en zonas con condiciones geológicas favorables para la formación de yacimientos de plomo, como entornos hidrotermales o sedimentarios.
La galena se encuentra a menudo en depósitos polimetálicos junto con otros minerales valiosos como el zinc (esfalita), el cobre y la plata.
Estas minas extraen diversos metales, siendo la galena uno de sus minerales.
La minería de plomo tiene una larga historia en muchas regiones del mundo, siendo la galena su principal fuente.
Si bien algunas de estas minas ya no están en operación, siguen siendo fuentes históricamente importantes de plomo.
En algunos casos, la galena se recupera como subproducto de otras operaciones mineras.
Es importante tener en cuenta que las actividades y ubicaciones mineras pueden cambiar con el tiempo debido a la demanda del mercado, factores económicos y avances tecnológicos.
Además, las regulaciones ambientales y las preocupaciones por la sostenibilidad han impactado la industria minera, generando cambios en las prácticas mineras e impulsando la exploración de nuevas fuentes de plomo y otros metales.
Las aplicaciones y usos de la galena (sulfuro de plomo, PbS) han evolucionado con el tiempo y pueden clasificarse en aplicaciones históricas y modernas.
Cabe destacar que muchos de los usos tradicionales de la galena han disminuido y su alcance se ha visto limitado debido a las preocupaciones sanitarias y ambientales asociadas con el plomo.
Fundición de metales: La galena ha sido una fuente importante de plomo desde la antigüedad.
Se utiliza principalmente para extraer plomo mediante procesos de fundición.
Baterías de plomo-ácido: Históricamente, la galena se utilizaba en la producción de baterías de plomo-ácido, comúnmente utilizadas en vehículos y aplicaciones industriales.
Pigmentos: Los pigmentos a base de plomo, como el albayalde (carbonato básico de plomo) y el amarillo de plomo-estaño, se elaboran a partir del plomo extraído de la galena.
Estos pigmentos se utilizaban antiguamente en pintura, cerámica y cosmética.
Materiales semiconductores: La galena es un material semiconductor natural, pero su uso en la electrónica moderna se ha visto limitado debido al desarrollo de materiales semiconductores sintéticos más eficientes.
Artefactos históricos: La galena todavía se puede encontrar en joyas históricas y antiguas, estatuas de plomo, artículos decorativos, etc.
Baterías de plomo-ácido: Aproximadamente el 80% del plomo del mundo se utiliza para fabricar baterías de plomo-ácido para automóviles, sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), etc.
Cabe destacar que el uso de galena en muchas aplicaciones tradicionales se ha reducido significativamente debido a los riesgos para la salud, bien documentados, asociados con la exposición al plomo.
La minería de galena implica un proceso llamado minería de roca dura.
Este proceso implica el uso de maquinaria pesada para extraer los depósitos de galena expuestos de túneles excavados en la superficie.
La galena es un mineral de sulfuro de plomo que se extrae generalmente por su contenido de plomo.
Exploración: El primer paso en la minería de galena es identificar yacimientos minerales potenciales.
Minería: Una vez identificado un posible yacimiento minero, el siguiente paso es extraer la galena del suelo.
Esto se realiza generalmente mediante técnicas de minería a cielo abierto o subterránea.
La minería a cielo abierto implica la remoción de la sobrecarga y otras capas de suelo para acceder al yacimiento de galena.
Flotación: El siguiente paso del proceso es separar el plomo de otros minerales e impurezas presentes en la galena.
Esto se logra típicamente mediante un proceso llamado flotación.
Durante la flotación, la galena triturada se mezcla con agua y productos químicos como espumantes y colectores.
A continuación, se introduce aire en la mezcla, lo que provoca que las partículas de galena floten hacia la superficie y formen una espuma.
Refinación: Tras separar el plomo de otros minerales, suele refinarse para eliminar cualquier impureza restante.
El plomo es un metal pesado altamente tóxico para los seres humanos y los ecosistemas.
Afecta negativamente la vida y la producción humanas.
El exceso de polvo de plomo puede provocar intoxicación por plomo, dañando órganos y tejidos como el corazón, los huesos, los intestinos, los riñones, el sistema reproductivo y el sistema nervioso.
La galena, un recurso mineral antiguo y vital, se identifica fácilmente por su singular estructura cristalina y propiedades físicas.
Su estable relación simbiótica con la esfalrita y otros minerales proporciona importantes pistas para la exploración minera.
Como fuente importante de plomo metálico, continúa impulsando el desarrollo de industrias clave a nivel mundial, como las de baterías y protección radiológica.
Si bien la galena en sí tiene aplicaciones limitadas en la industria moderna, sigue siendo un tema candente en la investigación científica y mineralógica.
Los investigadores que estudian las propiedades cristalográficas de la galena tienen importantes implicaciones para la ciencia de los materiales y la mineralogía.
Además, algunas regiones con una larga tradición minera de plomo aún podrían considerar la galena parte de su patrimonio geológico y cultural.
La galena no existe de forma aislada; su estrecha asociación simbiótica con la esfalrita, la pirita y otros minerales constituye un elemento económico fundamental en yacimientos minerales de importancia mundial, incluyendo depósitos hidrotermales de tipo veta de temperatura media y baja, tipo skarn, SEDEX y tipo MVT.
La galena es un recurso estratégico para la adquisición de metales clave como el plomo, el zinc e incluso la plata y el germanio.
Sin embargo, su extracción y utilización se caracterizan por el hecho de que la alta toxicidad del plomo representa un grave desafío para los ecosistemas y la salud pública.
Históricamente, la gestión deficiente ha provocado la contaminación del suelo y el agua, lo que ha proporcionado valiosas lecciones.
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