Escuela de Ingeniería Industrial

Proceso de obtención del Selenio y Telurio mediante los residuos contenidos en el barro anódico

Por

Joaquín Antúnez MachadoSebastián Zavala Hormaechea

Junio, 2012

ÍndiceLista de Figuras................................................................................................................................3

1 Introducción.................................................................................................................................4

2 Proceso de obtención del selenio y telurio.................................................................................52.1 Barro anódico.............................................................................................................................52.2 Extracción y obtención del selenio.............................................................................................52.2.1 Proceso de extracción del selenio............................................................................................52.2.2 Selenio y sus principales usos.................................................................................................72.3 Extracción y obtención del telurio..............................................................................................72.3.1 Proceso de extracción del telurio.............................................................................................72.3.2 Telurio y sus principales usos..................................................................................................9

3 Conclusión..................................................................................................................................11

Bibliografía.....................................................................................................................................12

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Lista de figuras

Figura 2.1 - Planta de Selenio.........................................................................................................6Figura 2.2 - Horno Kaldo................................................................................................................8

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1 Introducción

Este informe tiene como propósito explicar a grandes rasgos tanto los procesos de obtención de selenio y telurio a partir de los barros anódicos generados en el proceso de refinación del cobre como sus aplicaciones.

Si bien existen muchas maneras distintas para la obtención de estos productos, se escogieron los procesos más representativos y comunes utilizados hoy en día por las empresas encargadas de la separación estos mismos del barro anódico.

Esta investigación se divide en 2 partes principales, en la primera se explican los procesos de obtención del selenio y telurio y sus aplicaciones y la segunda consta de una breve conclusión que señala la apreciación personal de los alumnos involucrados en este informe acerca de los procesos estudiados.

Dado que nuestro informe está basado en procesos llevados a cabo en algunas empresas en específico, estos procesos de obtención podrían variar de las realidades de otros países u empresas, pero que finalmente acometen el mismo objetivo, la obtención de selenio y telurio puros a partir de los barros anódicos resultantes de la refinación del cobre.

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2 Proceso de obtención del Selenio y Telurio

El selenio y el telurio son dos elementos, entre varios más, contenido en el barro anódico que se produce en el proceso de refinación del cobre. Una vez obtenido el lodo anódico, que contiene generalmente 5-25% Se, 2-10% Te,éste tiene que pasar por una serie de máquinas y procesos para separar los distintos minerales que se encuentran en él. Una vez separado estos minerales se da pasó a un proceso distinto dependiendo del tipo de mineral extraído.

2.1 Barro anódico

La reacción global de electrólisis de cobre ocurrida en la refinería electrolítica comprende la disolución del metal, llamado ánodo de cobre, y su electro cristalización en el cátodo. Las impurezas contenidas en el ánodo pueden pasar como iones a la solución o precipitarse en el fondo de las cubas en forma de pulpa espesa, conocida como barro anódico crudo.

Los minerales (Au, Ag, Pt, Pd, Se, Te), que tienen un potencial mucho más alto que el cobre, prácticamente no se disuelven en el electrolito, y caen desde los ánodos al fondo de las celdas, constituyendo el barro anódico.

2.2 Extracción y obtención del Selenio

En esta sección se dará a conocer todo el proceso que forma parte de la extracción del selenio, desde que está contenido en el barro anódico hasta que sale de la planta de obtención como un “lingote”.

La fuente principal de obtención de Selenio son los minerales de sulfuro de cobre seleníferos ya los minerales de selenio no se encuentran en suficientes cantidades lo que no les permite tener utilidad comercial. Por lo tanto prácticamente todo el selenio en el mundo se obtiene como subproducto del cobre en la etapa del refinado electrolítico del cobre, en que el selenio queda en el barro anódico junto con otros metales.

2.2.1 Proceso de extracción del Selenio

Un proceso consiste en mezclar los barros anódicos provenientes del cobre con ácido sulfúrico, tostando la pasta resultante a 500-600 °C para obtener dióxido de selenio

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que rápidamente se volatiliza a la temperatura del proceso. Este se reduce a selenio elemental durante el proceso de lavado con dióxido de azufre y agua, pudiendo refinarse posteriormente hasta alcanzar purezas de 99,5-99,7% de selenio.

Otro proceso puede ser que se añade aglomerante de cenizas de sosa y agua a los lodos para formar una pasta dura que se corta en pastillas, para proceder a su secado, (se tuesta entre 530-650ºc) se sumerge en agua obteniendo selenio hexavalente que luego se disuelve como selanato de sodio (Na2SeO4).

Luego de este proceso se agrega calor al selenato de sodio para que se reduzca a selenuro, se oxida rápidamente y se obtiene selenio.La reducción de selenio hexavalente se puede hacer empleando acido clorhídrico concentrado, o sales ferrosasy iones cloro como catalizadores.

Figura 2.1 –Planta de Selenio

La operación de deselenización se inicia con la preparación del Barro Anódico Descobrizado, para lo cual éste es cargado en un estanque donde se mezcla con ácido sulfúrico y tierras de diatomea (Diactiv-10 o kiesilgur).

Después que se ha cargado y homogenizado la mezcla de barro, Diactiv-10 y ácido sulfúrico, es traspasada por medio de una bomba para pulpa a un estanque, ubicado en el piso de carga de la planta de Selenio. La operación completa de preparación y traspaso, dura aproximadamente entre 1,5 y 2,0 horas. Luego se procede a cargar los hornos de selenio para tostar el barro anódico para eliminar el selenio del barro. La gran variación de tamaño de la calcina (mezcla deselenizada), lleva a la necesidad de tener que chancarla, ya que el proceso posterior, de fusión en el horno Trof debe alimentarse con un tamaño

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menor de 2 pulgadas. La operación de chancado se realiza en el nivel de carga de los hornos, donde hay ubicado un chancador de mandíbula. Durante el chancado, que se descarga en la tolva del Trof, se va adicionando carbón para que así la calcina se homogenice con el reductor y actué como fundente dentro del Trof. Luego se saca el selenio crudo para pasarlo por un filtro prensa. Una vez que el Selenio ha sido filtrado, se procede a lavarlo para quitarle la acidez, por la regeneración de ácido sulfúrico durante la operación de precipitación.

Después que el selenio se ha descargado del filtro, es traspasado a bandejas e introducido a un secador Eléctrico, para eliminarle la humedad. . La carga es de 300 kg. Aproximadamente por un período de 24 horas y a una temperatura de 130°C.

Posteriormente, el selenio es muestreado y embolsado en bolsas de 120 Kg. e introducido a un tambor, para su comercialización en lotes de 900 kg. (esto específicamente en la planta de CODELCO ventanas).

2.2.2 Selenio y sus principales usos

El selenio de símbolo Se, es un metaloide de color gris, que pertenecer al grupo de los anfígenos (grupo VI A). El selenio presenta propiedades fotovoltaicas (convierte directamente luz en electricidad) y fotoconductivas (la resistencia eléctrica decrece al aumentar la iluminación), todo esto lo hace útil en la producción de fotocélulas y exposímetros para uso fotográfico y en células solares.

El selenio es capaz de convertir corriente alterna en corriente continua, por lo que se emplea en rectificadores. Por debajo de su punto de fusión es un semiconductor tipo p, con aplicaciones en electrónica.Se emplea en xerografía para fotocopiadoras, en la industria del vidrio para decolorar vidrios y en la obtención de vidrios y esmaltes color rubí, también se usa como tóner fotográfico, aditivo de aceros inoxidables y aleaciones de cobre.

2.3 Extracción y obtención del Telurio

En esta sección se dará a conocer la mayor parte del proceso que forma parte en la extracción del telurio, desde que se encuentra contenido en el ya nombrado barro anódico hasta que finalmente sale de la planta que se encarga de la obtención, como un mineral puro de telurio.

2.3.1 Proceso de extracción del Telurio

La producción de telurio en el mundo depende principalmente de la industria del cobre. Al finalizar el proceso de electro-refinación del cobre anódico, los lodos anódicos

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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 H2SO4 se calientan hasta aproximadamente 120- 160 °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% de cobre. Al finalizar la etapa de decobrización. Es muy común recuperar telurio de esta parte del proceso, frecuentemente se menciona, que dependiendo de las condiciones de operación del reactor, durante la decobrización de los lodos anódicos, es posible disolver grandes proporciones del telurio contenido en éstos. El telurio disuelto en la solución ácida se recupera mediante su tratamiento con cobre metálico en forma de telururo de cobre (Cu2Te) de acuerdo a la siguiente reacción:

H2TeO3 + 2H2S04 + 4Cu Cu2Te + 2CuSO4 + 3H2O

Este telururo de cobre, posteriormente es lixiviado con hidróxido de sodio y con inyección de aire como oxidante formando telurito de sodio (Na2TeO3) e hidróxido de cobre Cu(OH)2, como se observa en la reacción que se muestra a continuación:

Cu2Te + 2NaOH + 2O2 + H2O Na2TeO3 + 2Cu(OH)2

Durante el proceso de decobrización de los lodos anódicos, la proporción de telurio presente en la solución proveniente de esta lixiviación es muy pequeña, por lo que la mayor parte del telurio contenido reporta a los lodos decobrizados, los cuales son procesados en una planta distinta, que recupera los metales preciosos contenidos en el lodo.

En esta etapa del proceso, los lodos decobrizados que contienen cantidades apreciables de oro, plata, selenio y telurio, son sometidos a un proceso pirometalúrgico para la recuperación integral de estos metales. Una de las técnicas más utilizadas en este parte del proceso es la aplicación de la tecnología de Boliden que involucra la fusión de los lodos anódicos decobrizados en un horno Kaldo.

Figura 2.2 –Horno Kaldo

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Estos lodos se alimentan paulatinamente hasta que el volumen de éste lo permite de acuerdo a su rapidez de fusión. El horno 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, se alimentan algunos reactivos y fundentes tales como el óxido de plomo (PbO), dióxido de silicio (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y coque. El horno Kaldo posee la propiedad que es basculante como los hornos convertidores Pierce-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 (SeO2). Este último se captura como ácido selenioso (H2SeO3) 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 (Na2CO3) para evitar su volatilización durante la oxidación de este último, reteniéndolo como telurito de sodio (Na2TeO3) 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.

Luego se continúa con el proceso de lixiviación de la escoria alcalina por medio del uso de agua, en donde el telurio se disuelve como telurito de sodio y en el residuo de lixiviación permanece la plata, la cual es reciclada al horno Kaldo. Esta solución de telurito de sodio es posteriormente neutralizada con ácido sulfúrico (H2SO4) hasta valores de pH de 5.5, precipitando al telurio como dióxido de telurio (TeO2) como se aprecia en la siguiente reacción:

Na2TeO3 + H2SO4 TeO2 + Na2SO4 + H2O

Una vez formado el dióxido de telurio, éste es disuelto en una solución a base de NaOH para obtener una solución más pura de acuerdo a la expresión siguiente:

TeO2 + 2NaOH Na2TeO3 + H2O

A pesar de lo anterior, en la mayoría de las ocasiones es necesario repetir este ciclo de acidificación-alcalinización las veces que sea necesario para reducir la concentración de impurezas tales como Pb, Si y Se y cuando se estima que la solución de telurito está lo suficientemente purificada, es sometida a un proceso de electrodeposición para reducir al telurio hasta su forma elemental.

2.3.2 Telurio y sus principales usos

El telurio de símbolo Te, es un metaloide de color plateado que también, al igual que el selenio, pertenece al grupo de los anfígenos (grupo VI A).Es un semiconductor tipo p, al igual que el selenio, pero sin la condición de temperatura, es decir es semiconductor a temperatura ambiente y otras. Otra de sus características es que aleado con plomo previene la corrosión de este último.Se alea con hierro colado, acero y cobre para favorecer su

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mecanizado, también se usa en cerámica y el Telurio de Bismuto se emplea para dispositivos termoeléctricos.

Es bastante raro ya que tiene propiedades a la vez metálicas y no metálicas.Otras aplicaciones metalúrgicas incluyen su uso como elemento de aleación con cobre o acero inoxidable por ejemplo, para la obtención de aleaciones con buena maleabilidad. Se debe evitar todo contacto con el metal puro o sus compuestos ya que no sólo son tóxicos sino que la inhalación de los vapores produce olores corporales repugnantes.

El telurio se utilizó inicialmente como aditivo del acero para incrementar su ductilidad, como abrillantador en electroplateados, como aditivo en catalizadores para la desintegración catalítica del petróleo, como aditivo del plomo para incrementar su fuerza y resistencia a la corrosión. Junto con diversas sustancias orgánicas, se utiliza como agente vulcanizante para el procesamiento del caucho natural y sintético, y en los compuestos antidetonantes de la gasolina. También se usa para dar color azul al vidrio. El teluro coloidal actúa como insecticida, germicida y fumigan. El telurio de cadmio se usa para los paneles solares y mezclado con zinc para la detección de rayos X.

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3 Conclusión

Al concluir esta investigación los alumnos fueron capaces de reconocer los distintos métodos de extracción del selenio y telurio a partir del barro anódico de la refinación del cobre y la importancia que tienen las aplicaciones y usos de estos productos.

El selenio es un material fundamental para la fabricación de productos fotovoltaicos utilizados para crear energía limpia, tema que se encuentra en boga estos últimos años, dada la veloz evolución del efecto invernadero en el planeta, y el telurio por su parte es un componente muy utilizado dado sus propiedades conductivas.

Si bien la cantidad de estos productos en el barro anódico es bastante reducida, es de suma relevancia notar que encontrar estos productos en su estado puro en la tierra es prácticamente imposible, por lo que he ahí la importancia de la separación y extracción de estos elementos del barro anódico de la refinación del cobre, ya que siendo Chile el principal productor y exportador de cobre en el mundo, convierte estos procesos en una gran posibilidad tanto económica como laboral en el país.

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Bibliografía

http://www.izt.uam.mx/cime21/extensos/Extenso%20H-8.pdf