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ASIGNATURA: CIENCIA DE LOS MATERIALES – I

DOCENTE: RUPAY GÜERE Felipe

DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIÓN DE CONCENTRADO DE ESTAÑO ALUMNO: FECHA: 06 - 04 – 15 HUANCAYO - PERÚ 1

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DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIÓN DE CONCENTRADO DE ESTAÑO 1. OBJETIVOS  Conocer bien las propiedades físicas y químicas de este metal y cuál es la importancia en nuestra carrera profesional  Entender y aplicar en nuestra carrera los procesos metalúrgicos de producción y extracción de estaño  Tener en cuenta el medio ambiental en la que esta se encuentra dicho metal  Uno de los ejemplos será conocer los diagramas y refinación del estaño en: Unidad productiva FUNSUR Pisco y del proceso de extracción en Oruro - Bolivia 2. FUNDAMENTO TEORICO Estaño El estaño es un elemento químico de símbolo Sn, que pertenece al grupo IV de la tabla periódica. Su número atómico es 50 y su peso atómico 118,69. Forma compuestos estañosos (Sn) y estañicos (Sn), así como sales complejas de los tipos estañito y estannato. El estaño ocupa el lugar 49 entre los elementos de la corteza terrestre. El estaño ordinario tiene un punto de fusión de 232 °C, un punto de ebullición de 2.260 °C y una densidad relativa de 7,28. El estaño es muy dúctil y maleable a 100 °C de temperatura y es atacado por los ácidos fuertes. Ordinariamente es un metal blanco plateado, pero a temperaturas por debajo de los 13 °C se transforma a menudo en una forma alotrópica (claramente distinta) conocida como estaño gris, que es un polvo amorfo de color grisáceo con una densidad relativa de 5,75. Debido al aspecto moteado de los objetos de estaño que sufren esta descomposición, a esta acción se la denomina comúnmente enfermedad del estaño o peste del estaño. Al doblar una barra de estaño ordinaria, ésta emite un sonido crepitante llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales. Se puede alear fácilmente con casi todos los metales. En la naturaleza se puede hallar en estado nativo, pero generalmente se encuentra en forma de óxido estañoso, de formula son Sn O, que como agregado mineral se conoce con el nombre de casiterita. Por lo que respecta a sus características físicas, el estaño es un metal no tóxico, blando y dúctil. Funde a 231.88 C es altamente fluido en estado fundido lo que facilita su uso como revestimiento de otros metales. Reacciona con ácidos y bases fuertes, pero es relativamente inerte frente a soluciones neutras. Expuesto a ambientes exteriores e interiores mantiene su color blanco plateado por su notable resistencia a la corrosión. Existe dos formas alotrópicas (distintas estructuras cristalinas): estaño blanco (forma Beta) y estaño gris (forma alfa). La temperatura de transformación entre ambas es de 13.2 C, aunque el cambio estructural solamente tiene lugar si el metal es de gran pureza. La transformación inversa se produce a baja temperatura.

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2.1) COMPUESTOS El estaño forma ácido estáñico, H2SnO4, al calentarlo en aire u oxígeno a altas temperaturas. Se disuelve en ácido clorhídrico formando cloruro de estaño (II), SnCl2, y en agua regia produciendo cloruro de estaño (IV), SnCl4, y reacciona con una disolución de hidróxido de sodio formando estañito de sodio y gas hidrógeno. El estaño se disuelve en ácido nítrico frío y muy diluido, formando nitrato de estaño (II) y nitrato de amonio; en ácido nítrico concentrado produce ácido meta-estáñico, H2SnO3. El sulfuro de estaño (II), SnS, se obtiene en forma de precipitado castaño oscuro por la acción del sulfuro de hidrógeno sobre una disolución de cloruro de estaño (IV). El sulfuro de estaño (IV), SnS2, se produce pasando sulfuro de hidrógeno a través de una disolución de sal de estaño (IV). Los dos hidróxidos de estaño, Sn(OH)2 y Sn(OH)4, se producen añadiendo un hidróxido soluble a disoluciones de sales de estaño (II) y de estaño (IV). El óxido de estaño (II), SnO, un polvo negro insoluble, se obtiene calentando oxalato de estaño (II) en ausencia de aire. En presencia de aire, el óxido de estaño (II) arde para formar el dióxido, u óxido de estaño (IV), SnO2, un sólido blanco insoluble. El dióxido también puede prepararse calentando ácido estañico o estaño metálico en aire a alta temperatura. 2.1) CARACTERISTICAS DEL ESTAÑO Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones sufre la peste del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen. El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: el estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C. 2.3) ¿CÓMO SE OBTIENE? El mineral principal del estaño es la casiterita (o estaño vidrioso), SnO2, que abunda en Inglaterra, Alemania, la península de Malaca, Bolivia, Brasil, Perú y Australia. En la extracción de estaño, primero se muele y se lava el mineral para quitarle las impurezas, y luego se calcina para oxidar los sulfuros de hierro y de cobre. Después de un segundo lavado, se reduce el mineral con carbono en un horno de reverbero; el estaño fundido se recoge en la parte inferior y se moldea en bloques conocidos como estaño en lingotes. En esta forma, el estaño se vuelve a fundir a bajas temperaturas; las impurezas forman una masa infusible. El estaño también puede purificarse por electrólisis.

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Minas de estaño

Electroposicion: Este procedimiento consiste en depositar un metal sobre el polo negativo o cátodo de una solución de sus iones y permite obtener recubrimientos de muy bajo espesor. Algunos compuestos del estaño, tanto inorgánicos como orgánicos, han encontrado aplicación en el campo de la cerámica (vidriados especiales) y en el tratamiento e investigación de materiales plásticos. Infortunadamente, el estaño, rara vez se encuentran en estado puro y en cantidades comerciales. En virtud de que deben ser separados de la ganga antes de que el mineral se pueda reducir se efectuará un proceso conocido como preparación del mineral. Uno de los métodos para concentrar o "preparar el mineral" es familiar a quienes han lavado oro. En virtud de que los metales y los compuestos metálicos son más pesados que la ganga, se depositarán en el fondo con más rapidez, si dicha mezcla se agita en el agua. Se han desarrollado métodos especiales para acelerar la acumulación de compuestos metálicos utilizando este principio. En otro método de "preparación del mineral", el mineral y la ganga se pulverizan finamente y se mezcla con agua. Se añade una cierta cantidad de aceite especifico y se induce un mezclado violento. Aparece una acción espumante y los compuestos metálicos quedan suspendidos en la espuma de donde son extraídos para ser procesados. 2.4) ¿PARA QUE SIRVE? El estaño es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se utiliza por ello en muchas aleaciones y para recubrir otros metales. Se obtiene del mineral llamado casiterita, en donde se presenta como óxido (óxido de estaño o dióxido de estaño). Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno con lo cual se obtiene el metal. El estaño puro tiene dos variantes. El gris, polvo no metálico, semiconductor, muy frágil, de estructura cúbica y estable a temperatura inferior a 13,2º. Y el blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2º.

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2.5) USOS         

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Se usa como protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva. También se usa para disminuir la fragilidad del vidrio. Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos y pigmentos. Se usa para realizar bronce, aleación de estaño y cobre. Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo. Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales. Tiene utilidad en etiquetas. Recubrimiento de acero. Se usa como material de aporte en soldadura blanda con cautín, bien puro o aleado. La directiva RoHS prohíbe el uso de plomo en la soldadura de determinados aparatos eléctricos y electrónicos. El estaño también se utiliza en la industria de la cerámica para la fabricación de los esmaltes cerámicos. Su función es la siguiente: en baja y en alta es un pacificante. En alta la proporción del porcentaje es más alto que en baja temperatura. Es usado también en el sobre taponado de botellas de vino, en forma de cápsula. Su uso se extendió tras la prohibición del uso del plomo en la industria alimenticia. España es uno de los mayores fabricantes de cápsulas de estaño. 2.6) ALEACIONES

Disoluciones sólidas Se forma una disolución sólida cuando los átomos de una sustancia se distribuyen por completo alrededor de los de otra. Las aleaciones son con frecuencia disoluciones sólidas. Aquí se ilustran dos tipos de estas disoluciones. La de la izquierda es intersticial, lo que significa que los átomos disueltos ocupan espacios vacíos de la estructura cristalina del material disolvente. Esto sólo es posible cuando los átomos disueltos son mucho menores que los de la sustancia que los recibe. Ciertos aceros pertenecen a esta clase. La disolución de la derecha es de sustitución: los átomos disueltos sustituyen a algunos de los que forman la red cristalina receptora. El bronce pertenece a esta categoría. Las aleaciones con base de estaño, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecánicas, dependiendo de su composición.

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Algunas aleaciones de estaño, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adherencia. Las aleaciones estaño y plomo se comercializan en varias composiciones y puntos de fusión, siendo la aleación eutéctica aquella que tiene un 61,9 % de estaño y un 38,1 % de plomo, con un punto de fusión de 183 °C.2 El resto de aleaciones estaño-plomo funden en un rango de temperaturas en el cual hay un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida durante los procesos de fusión y de solidificación, dando lugar a la segregación de la fase sólida durante la solidificación y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes. La aleación eutéctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase líquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrónicos para disminuir las probabilidades de daño por sobrecalentamiento de dichos componentes. Algunas aleaciones basadas en estaño y plomo tienen además pequeñas proporciones de antimonio (del orden del 2,5 %). El principal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que están en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de estaño-platacobre o algunas aleaciones estaño-cobre. El peltre es una aleación de estaño, plomo y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estaño también es utilizado en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio. 3. EQUIPOS E INSUMOS 3.1) EQUIPOS CENTRIFUGA KELSEY JIG MODELO J1300 Al igual que en los otros equipos de este grupo, la centrifuga Kelsey Jig modelo J1300 involucra todos los parámetros de un jig convencional añadiéndole la fuerza centrífuga. Para una operación continua introduce un sistema automático de limpieza de criba controlado por PLC. Sus características técnicas son:  Densidad optima alimentación : Aproximadamente 25 t/h de solidos  Velocidad de giro : <500um  Velocidad de pulsación : 3.5 – 40% en solidos  Amplitud de golpe : 150 – 250 rpm  Punto de corte : 1800 – 2400 rpm  Agua de elutriación : 2 – 3mm  Abertura interna de la criba : 200 – 600um

APLICACION En la actualidad los concentradores centrífugos Kelsey Jig han sido instalados en más de 20 plantas ubicadas alrededor del mundo para el procesamiento de diferentes tipos de menas de hierro y estaño. El clasificador hidráulico Kelsey también ha sido utilizado exitosamente para la recuperación de cromita, tantalio, oro aluvial y de vetas en rangos de tamaño de partícula de hasta 5 micrones. 6

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Minerales de estaño:    

Recuperación de mineral de estaño en los circuitos de molienda Sustituye a la flotación de casiterita Incremento en la ley final del concentrado Recuperación de casiterita a partir de colas antiguas. 3.2) INSUMOS

 Hidróxido sódico : Extracción local; equipo de protección personal—gafas de seguridad resistentes a los productos químicos y/o pantalla facial  Polvo : Ventilación por extracción local y ventilación general de zonas  Sustancias cáusticas : Ventilación por extracción local; equipo de protección personal—gafas de seguridad resistentes a los productos químicos y/o pantalla facial  Polvo y calor : Ventilación por extracción local, ventilación general de zonas, régimen de trabajo/descanso, líquidos  Neblinas ácidas : Ventilación por extracción local y ventilación general de zonas; equipo de protección personal—gafas de seguridad resistentes a los productos químicos y/o pantalla  Calor : Régimen de trabajo/descanso, equipo de protección personal  Gases de combustión, vapores y polvo, calor : Ventilación por extracción local y ventilación general de zonas, régimen de trabajo/descanso, equipo de protección personal  Polvo, vapores, calor : Ventilación por extracción local y ventilación general de zonas, régimen de trabajo/descanso, equipo de protección personal

4. PROCEDIMIENTOS 4.1) MENA DE ESTAÑO: La recuperación de mineral de estaño a partir de depósitos de roca dura incorpora varias etapas, relacionando un amplio rango de procesos físicos y químicos. La carga mineral es inicialmente reducida en tamaño a aproximadamente 300 μm, del cual se requiere separar los sulfuros por flotación colectiva para una eficiente recuperación de la casiterita. Un circuito gravimétrico típico consiste de una combinación de hidro clasificadores, cribas vibratorias, espirales, mesas vibratorias, ciclones, separadores magnéticos, etc. La planta incorpora una etapa de remolienda (a ~75 μm) para liberar la casiterita. La concentración gravimétrica permite obtener un concentrado final con una ley de 45 a 50 % Sn (después de la flotación de sulfuros. El producto de la remolienda de las colas de gravimetría es generalmente deslamado (a < 10μm) antes del proceso de flotación de casiterita para recuperar casiterita fina en un circuito gravimétrico convencional. Los concentrados obtenidos en esta etapa tienen una ley en el orden de 25 a 40 % Sn. La incorporación de equipos Kelsey Jig en los procesos de concentración de casiterita conduce a obtener las siguientes ventajas:    

Alta recuperación de casiterita fina (< a 10μm) en una simple etapa Concentrados con leyes altas (60 a 65 % Sn), con altas recuperaciones. Operación continúa con tonelajes de 5–60 tph, por unidad de equipo. No existe corriente de mixtos, solo concentrados y colas.

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La instalación de un equipo KCJ en el circuito de una planta de casiterita en operación mejora la operación por:     

Pre concentración de la casiterita antes de la flotación de sulfuros. Reduce las cargas re-circulantes y la sobre-molienda de mineral de estaño. Incrementa la ley del concentrado y la recuperación. Incrementa la recuperación de casiterita en rangos de tamaño menores a 38μm. Reducción o eliminación de los requerimientos de: 1. Alto costo de flotación de casiterita. 2. Control medioambiental. En la instalación de nuevos circuitos de procesamiento de minerales puede dar lugar a:

 Simplicidad del circuito.  Reducción de costos de operación Análisis granulométrico y tenor de los productos obtenidos en el procesamiento de una mena de estaño Tamaño Aliment. Aliment. Concent. Colas % Recup. % Peso %Sn %Sn %Sn Sn 2.0 0.42 11.8 0.24 43.7 -425 + 150 μm 15.2 0.32 0.54 0.28 26.0 -150 + 106 μm 34.8 0.48 0.65 0.40 43.3 -106 + 75 μm 22.2 0.66 1.03 0.47 52.9 -75 + 53 μm 13.7 1.40 2.47 0.68 71.0 -53 + 38 μm 0.6 19.9 25.4 4.73 93.7 -38 + 26 μm 3.9 19.9 25.4 4.73 93.7 -26 + 20 μm 2.5 11.6 17.2 1.6 95.0 -20 + 14 μm 1.5 7.05 12.1 1.74 88.0 -14 + 9 μm 11 3.23 5.90 2.5 39.2 -9 + 6 μm 2.6 3.45 8.76 2.61 34.7 -6 μm TOTAL 100.0 1.96 5.03 0.57 80.0

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4.2) PLANTA DE REFINACIÓN La refinación del estaño metálico es un proceso por batch en donde el estaño crudo proveniente de la fundición pasa a través de una serie de procesos metalúrgicos llevados a cabo en ollas y cristalizadores, de manera que se remueve progresivamente el hierro, el cobre, el arsénico con el antimonio y finalmente el bismuto con el plomo, mediante la adición sucesiva de aserrín, cover ZA, azufre, aluminio, NaOH, etc., obteniéndose estaño refinado moldeado en barras con una pureza no menor a 99.98% y subproductos como Dross de Fe, Cu/S, As/Sb y soda. Cada batch completo de refinación dura un tiempo de 36 horas

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4.3) PLANTA DE SUB-PRODUCTOS En el proceso de refinación del estaño crudo se generan subproductos con alto contenido de estaño metálico e impurezas que son tratados en la Planta de Subproductos para la recuperación del estaño metálico. A su vez la Planta de subproductos genera materiales que son reciclados en la misma planta. El tratamiento de los subproductos se realiza en 2 hornos estáticos, 1 horno rotatorio y 2 ollas de proceso. El sistema de tratamiento de polvo de la planta de Subproductos capta los gases de los hornos de licuación, rotatorio y las ollas; además consta de un spark arrester (ciclón) y un filtro de mangas por el que sólo pasan los gases de las campanas de ventilación de polvo, más no los gases de combustión. Finalmente todo ello se descarga por una sola chimenea hacia la atmósfera 4.3) DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN: Aquí se aprecia el Diagrama del Flujo de la etapa de Fundición, el cual es la principal fuente emisora de emisiones atmosféricas

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4.4) RECUPERACION DE ESTAÑO Las principales fuentes de materias primas son recortes de acero estañado, rechazos de empresas fabricantes de envases de hojalata, bobinas de estañado rechazadas procedentes de la industria del acero, impurezas y lodos de estaño, impurezas y lodos de soldadura, piezas de bronce usadas o rechazadas y chatarra de estaño. En muchos de los procesos se forma polvo de estaño y neblinas ácidas. · Desaluminización. En este proceso se utiliza hidróxido sódico caliente para lixiviar el aluminio contenido en la chatarra de hojalata poniéndola en contacto con el hidróxido sódico, separando la disolución de aluminato sódico de la chatarra residual, bombeando el aluminato de sodio a una operación de afino para recuperar el estaño soluble y recuperando la chatarra de estaño desaluminizada para utilizarla como carga en posteriores procesos. · Mezcla de cargas. Este proceso es una operación mecánica en la que se prepara un lote adecuado para su carga en el horno de fundición, mezclando lodos e impurezas con un contenido sustancial de estaño. · Desestañado químico. Este proceso extrae el estaño de la chatarra. Se añade una disolución caliente de hidróxido sódico y nitrito o nitrato de sodio a la chatarra desaluminizada o sin tratar. Una vez completada la reacción de desestañado, la disolución se drena y se bombea a un proceso de afino y colada, después de lo cual la chatarra desestañada se somete a un lavado. · Fundición de impurezas. Este proceso se emplea para purificar parcialmente las impurezas y producir metal en bruto en el horno fundiendo la carga, colando el metal sin afinar y evacuando las matas y escorias. · Lixiviación y filtración de polvo. En este proceso se extraen el zinc y el cloro del polvo del conducto de humos por lixiviación con ácido sulfúrico, filtrando la mezcla resultante para separar el ácido y el zinc y el cloro disueltos del polvo lixiviado, secando el polvo en un secador y llevando de nuevo el polvo rico en estaño y plomo al proceso de mezcla de cargas. · Decantación y filtración en filtro de hojas. Este proceso purifica la disolución de estannato sódico producida en el proceso de desestañado químico. Las impurezas, tales como plata, mercurio, cobre, cadmio, algo de hierro, cobalto y níquel, se precipitan como sulfuros. · Evapocentrifugado. El estannato sódico se concentra a partir de la solución purificada mediante evaporación y cristalización, y se recupera por centrifugado. · Afinado electrolítico. En este proceso se produce estaño catódico puro a partir de la disolución purificada de estannato sódico, haciendo pasar dicha solución por células electrolíticas, extrayendo los cátodos una vez depositado el estaño y separando éste de los cátodos. · Acidificación y filtración. Este proceso produce un óxido de estaño hidratado a partir de la disolución de estannato sódico purificada. El óxido obtenido puede procesarse para producir el óxido anhidro o fundirse para obtener estaño elemental. El óxido hidratado se neutraliza con ácido sulfúrico para formar el óxido de estaño hidratado y se filtra para separar el hidrato como torta de filtro.

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5. CONCLUSIONES    

Dar a conocer los parámetros, es decir en que rangos en que este metal se podrá obtener. Conocer de qué minerías del país se está extrayendo, lo cual eso indicará la ley de cabeza con que sale de la mina para ser tratado en la Planta Concentradora y de Refinación. Los costos y presupuestos en estos procesos se tiene que dar en su debido momento teniendo en cuenta el rendimiento que se obtuvo en cada proceso. Con respecto a los equipos a utilizar se debe tener en cuenta que potencia se les debe suministra para que trabaje eficazmente y demás modelos para tener mejor rendimiento en el proceso.

6. BIBLIOGRAFIA  Hinojosa O., Salas A. “Concentración centrífuga de menas estanníferas”, III Congreso Nacional de Metalurgia y Ciencia de los Materiales, Oruro – Bolivia, 1998.  McAlister S., “Development of the Falcon Concentrator, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration”, Inc, preprint 98-172, march 9 – 11, 1998.  Taggart H.F., “Elementos de preparación de minerales”, Ediciones Interciencia, 1968, Madrid  U. P. FUNSUR, “Modelamiento de emisiones de chimenea” , Pisco – Perú , noviembre 2010  Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.  Kalpakjian, Serope (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología, Pearson Educación, p.171. ISBN 970-26-0137-1

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