El proceso Merrill-Crowe es quizás la práctica más común en la Metalurgia Extractiva del Oro y Plata y por consiguiente, también el tratamiento de los precipitados provenientes de estas plantas. Los principales objetivos de la fundición de estos precipitados es poder obtener lingotes de Doré mediante el control adecuado de varios parámetros con el fin de lograr altos contenidos de Oro y Plata en las barras y mínimas cantidades de valiosos en las escorias formadas.

La literatura Pirometalúrgica nos da una limitada información publicada acerca de la fundición de este tipo de materiales y esto fue uno de los motivos por el cual realice un estudio de Optimización con el cual pudiera conocer más acerca de proceso. Este estudio lo efectué en una mina de Oro en el Perú. Los datos y resultados presentados demuestran que es un proceso controlable y no es empírico.

El principal objetivo para preparar y presentar este trabajo es de suministrar una fuente de información no solo teórica, sino práctica en la fundición de precipitados de Merrill-Crowe y así proveer un punto de partida que conduzca al cálculo del fundente adecuado para procesar otros precipitados con características diferentes.

El trabajo se enfocó en describir tanto el proceso metalúrgico general y el proceso en Refinería, Algunos aspectos teóricos en la fundición de precipitados de Oro y Plata, Desarrollo de la Optimización, Resultados, Conclusiones y Referencias Bibliográficas.

Palabras clave: Oro, Fundición, Precipitados, Pirometalurgia, Merrill-Crowe, Escoria, Doré, Fundente

El mineral extraído desde la mina se transporta en camiones descargándose directamente en la Chancadora Primaria donde se reduce a un tamaño menor de 6". De ahí pasa a una zaranda que separa las fracciones mayores de 1.5" pasándolas a la Chancadora Secundaria. Luego todo el mineral se une al descargarse en una faja transportadora que lo lleva a una Tolva de Almacenamiento. El objetivo del Chancado es reducir el tamaño del mineral para facilitar la acción de la solución química que recuperará el Oro y la Plata en la etapa de Lixiviación.

Desde la tolva de Almacenamiento, el mineral se transporta vía camiones sobre un área denominada "Pad de Lixiviación", donde se esparce con un tractor de orugas. Una vez apilado el mineral, se lixivia con NaCN y a través de un proceso químico, se disuelve el Oro y la Plata. La solución cargada de Oro y Plata se bombea hacia la planta de Procesos para la recuperación de los valores metálicos.

El Oro y la Plata se recuperan de la solución empleando un proceso de precipitación con polvo de Zinc denominado Merrill-Crowe; la solución rica se bombea a un tanque clarificador y se hace circular por filtros clarificadores de hojas para eliminar los sólidos en suspensión. La solución rica clarificada se bombea a una torre deaereadora a fin de eliminar el Oxigeno disuelto. Según sea necesario se agrega polvo de Zinc a la solución rica deaereada. La solución se bombea Filtros Prensa donde se colecta el precipitado de Oro y Plata.

El precipitado de Oro y Plata se envía a hornos de retortas donde se extrae el Mercurio, y luego se mezcla con fundentes y cargado a dos hornos de Inducción. La mezcla se funde para separar el Oro y la Plata de los otros metales base. El Doré de Oro y Plata así obtenido es vertido en barras y empacado para su embarque. El diagrama de flujo general del proceso metalúrgico se muestra en la Figura 1.

En la Refinería, el proceso comienza con la colección del precipitado proveniente de la planta de Procesos y el cual es retenido en tres Filtros Prensa. La solución filtrada, a la que se denomina Solución Barren y que contiene menos de 0.02 ppm de Au y Ag, se recepciona en un tanque y luego se bombea al Pad de Lixiviación para el riego de las pilas. El sólido retenido se colecta cada 6 o 7 días, dependiendo de la cantidad precipitada, y es recepcionado en bandejas. Este precipitado tiene una humedad de 35% y un contenido promedio de 25% Au, 57% Ag y 10% Hg.

Luego, el precipitado se traslada a cuatro Hornos de Retortas. La finalidad de estos es secar el precipitado colectado y recuperar todo el Mercurio que se encuentra en él, por ello se trabaja con rampas de temperatura hasta alcanzar un máximo de 550 ºC. El ciclo total de la Retorta es de 24 hrs. y se trabaja bajo una condición de vacío de 7" Hg. El Mercurio removido es colectado por un sistema de condensadores enfriados por agua y se almacena en un colector el cual se descarga al final del ciclo, a contenedores especiales de Hg (flasks) para su almacenamiento seguro.

A fin de remover eventuales remanentes de mercurio gaseoso que puedan ir al medio ambiente, el flujo de vacío pasa a través de un post-enfriador enfriado por agua, ubicada inmediatamente después del colector. Luego, este flujo pasa a través de columnas de carbón activado y un separador de agua antes de ir a la bomba de vacío y recién es descargado a la atmósfera. La saturación de los carbones se controla mediante monitoreos constantes. La recuperación de Mercurio está en valores por encima del 99%.

El precipitado seco y frío se mezcla con los fundentes necesarios y se carga a dos Hornos de Inducción. Se requiere cerca de 2 horas para que la carga se funda completamente y llegue a una temperatura de 1300º C (aprox.) con el fin de realizar las escorificaciones y la colada final para obtener las barras Doré. Se utiliza el sistema de colada en cascada para la obtención de las barras. Las barras de Doré obtenidas son limpiadas, enumeradas y guardadas en la bóveda hasta el momento de su despacho.

Las escorias producidas se tratan para recuperar el poco de material valioso que pudieran contener, para ello se procesan en un circuito de Chancado y se tamiza a –20m para pasarla por una mesa gravimétrica. Las escorias remanentes (relave) son bombeadas al Pad de lixiviación. El concentrado obtenido se funde nuevamente con el siguiente lote. La recuperación promedio es de 99.7% para el Oro y de 99.5% para la Plata. La Figura 2, muestra el Diagrama de Flujo del área de Refinería.

4.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS FUNDENTES:

Los fundentes usados en la Refinería, para la formación de escorias se describen brevemente a continuación:

• Bórax: El Borato de Sodio usado está en forma anhidra (Na₂B₄O₇). El Bórax se funde a 743º C, lo cual disminuye el punto de fusión para toda la carga. Cuando se funde es muy viscoso, pero en calor rojo se convierte en un ácido fluido fuerte el cual disuelve y capta prácticamente todos los Óxidos metálicos (tanto ácidos como básicos). Las grandes cantidades de Bórax pueden ser perjudiciales causando una escoria dura y poco homogénea. Además un exceso de Bórax puede dificultar la separación de fases debido a la reducción del coeficiente de expansión de la escoria y su acción de impedir cristalización.

• Sílice: El Dióxido de Silicio (SiO₂) funde a 1750°C y es el fundente ácido más fuerte y disponible que se tiene. Se combina con Óxidos metálicos para formar cadenas de silicato estables. Las escorias con alto contenido de Sílice son extremadamente viscosas y retienen excesivamente metálicos en suspensión. Cuando la Sílice se mezcla con Bórax, se forman cadenas Borosilicatadas. El ratio en peso de Bórax a Sílice en presencia de cantidades considerables de Zinc, generalmente no debe ser menor de 2:1.Estas escorias Borosilicatadas no solo tendrán una alta solubilidad para Óxidos metálicos base, sino que ofrecen buena fluidez al fundido.

• Nitro: El Nitrato de Sodio (Na₂NO₃) se añade para oxidar los metales básicos en la carga. Este es un agente oxidante muy poderoso cuyo punto de fusión es de 338ºC. A bajas temperaturas el nitro se funde sin alteraciones; pero a temperaturas entre 500ºC y 600ºC se descompone produciendo Oxígeno, el cual oxida a los sulfuros y algunos metales como el Hierro, Cobre y Zinc. Se debe controlar la adición de Nitro porque al liberar Oxígeno ocasiona una reacción vigorosa y puede ocasionar el rebose en el crisol. El Nitro reacciona con el Grafito, provocando una excesiva erosión del crisol reduciendo su vida.

• Carbonato de Sodio: El Carbonato de Sodio (Na₂CO₃), es un fundente básico poderoso que funde a 852°C. En presencia de Sílice, el Carbonato de Sodio forma Silicato de Sodio con el desprendimiento de Dióxido de Carbono. Estos silicatos reaccionan con una variedad de Óxidos básicos para formar silicatos complejos. Además, debido a la facilidad natural para formar sulfatos alcalinos, también actúa como desulfurizante y un agente oxidante. El uso de El Na₂CO₃ proporciona transparencia a la escoria pero en cantidades excesivas origina escorias pegajosas e higroscópicas que son difíciles de remover del Doré.

• Fluoruro de Calcio: Conocido como Fluorspar (CaF₂), tiene un punto de fusión de 1380°C. Cuando se funde es muy fluido y es capaz de mantener en suspensión partículas sin fundir, sin afectar la fluidez de la escoria. Reduce la viscosidad porque es un eficiente rompedor de cadenas siliatadas. Aun en pocas cantidades, el Fluoruro de Calcio tiende a atacar el crisol y puede causar pérdida del Bórax por volatilización del BF₃.

   

4.2 FUNDICIÓN DEL DORE:

El Doré es una aleación de Au y Ag. El objetivo del proceso de fundición o fusión de precipitados de Oro y Plata es obtener metal Doré en presencia de fundentes formadores de escoria a temperaturas que excedan el punto de fusión de todos los componentes de la carga típicamente entre 1200 y 1300ºC. El tiempo que se demora en fundir completamente la carga no solo depende de la calidad de la escoria que se forma sino también de la composición química de la aleación Oro-Plata. El punto de fusión del Oro es de 1064°C, mientras que la Plata funde a 962°C. La Figura 3 muestra el diagrama binario Ag-Au y se puede apreciar que el punto de fusión de la aleación se incrementa si aumenta el contenido de Oro.

Si el Cobre no es eficientemente oxidado y removido en la escoria, permanece en estado metálico y puede formar parte del Doré, alterando su punto de fusión. Se forma entonces una aleación ternaria, tal como se ve en la Figura 4.