AnAílisis-de-proceso-de-deplatado-en-baAos-de-plomo-con-inyecciAn-de-partAculas-de-zinc

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E 
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN METALURGIA Y 
MATERIALES 
 
“ANÁLISIS DEL PROCESO DE DEPLATADO EN BAÑOS 
DE PLOMO CON INYECCIÓN DE PARTÍCULAS DE ZINC” 
 
T E S I S 
PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO EN METALURGIA Y MATERIALES 
PRESENTA 
JUAN LUIS BLANCAS HERRERA 
DIRECTOR 
DR. ALEJANDRO CRUZ RAMIREZ 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Este trabajo lo dedico a las personas que me apoyaron en todo momento 
sin pensarlo y seguir mis sueños a pesar de las circunstancias, mis padres 
JUANA HERRERA SANTOYO y JOSE LUIS BLANCAS LOPEZ que son el 
pilar de lo que soy día a día. 
También quiero agradecer a mi tío ROGELIO HERRERA SANTOYO por su 
apoyo y consejos en todo momento, a mi amigo ANGEL DIAZ SALAZAR 
por la ayuda dada en este trayecto y que siempre contara conmigo. 
Agradezco a mí asesor el Dr. ALEJANDRO CRUZ RAMIREZ por su tutela, 
apoyo, confianza y compromiso en este trabajo. Y un especial 
agradecimiento al Dr. VICTOR HUGO GUTIERREZ PEREZ por su gran 
apoyo, amistad y buenos consejos. 
Al igual que a toda mi familia; hermanos, abuelos, tíos y amigos a los 
cuales agradezco que directa o indirectamente me ayudaron o me apoyaron 
durante este periodo 
 
Finalmente agradezco: 
 
Al Departamento de Ingeniería Metalúrgica de ESIQIE-IPN por la formación 
profesional recibida. 
 
 
CONTENIDO 
 
 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS V 
ÍNDICE DE TABLAS VI 
RESUMEN VII 
1.- INTRODUCCIÓN 1 
2.- ANTECEDENTES 3 
 2.1.- Generalidades del plomo 3 
 2.2.- Principales usos del plomo 7 
 2.3.- Producción mundial de plomo 7 
 2.4.- Proceso primario del plomo 10 
 2.5.- Proceso secundario del plomo 12 
 2.5.1.- Técnicas de clasificación y separación 13 
 2.5.2.- Tecnologías de recuperación secundaria 13 
 2.6.- Refinación de plomo 15 
 2.7.- Proceso Parkes 18 
 2.8.- Proceso de deplatado a nivel industrial 18 
 2.8.- Diagramas de fases binarios 20 
3.- DESARROLLO EXPERIMENTAL 24 
 3.1.- Adaptación de materiales y equipo 25 
 3.2.- Fabricación de aleación maestra Pb-Ag 26 
 3.3.- Obtención de zinc en polvo 27 
 3.4.- Pruebas de inyección 28 
 3.5.- Fusión de plomo con inyección de zinc 29 
 3.6.- Caracterización 31 
 3.6.1.- Análisis químico de la aleación Pb-Ag 31 
 3.6.2- Análisis de la escoria de las pruebas de inyección 31 
4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN 33 
 4.1.- Polvos de zinc 33 
 4.2.- Análisis químico de la aleación maestra Pb-Ag 34 
 4.3.- Pruebas de inyección 34 
 4.4.- Difracción de rayos X “DRX” 38 
 4.5.- Microscopía electrónica de barrido “MEB” 41 
5.- CONCLUSIONES 44 
6.- BIBLIOGRAFÍA 45 
V 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 1. Producción mundial de plomo 8 
Figura 2. Producción nacional de plomo 9 
Figura 3. Usos de plomo 9 
Figura 4. Diagrama de flujo general para la refinación de plomo por 
 metalurgia primaria y secundaria 
15 
Figura 5. Etapas del proceso de refinación de plomo 17 
Figura 6. Esquema del proceso de deplatado 19 
Figura 7. Diagrama de fases Ag-Zn(18) 20 
Figura 8. Diagrama de fases Pb-Zn(18) 21 
Figura 9. Diagrama de fases Pb-Ag(18) 21 
Figura 10. Diagrama de fases Pb-Ag-Zn(20) 22 
Figura 11. Diagrama de Flujo del Proceso de Deplatado 24 
Figura 12. Horno de gas y crisol de carburo de silicio 26 
Figura 13. Molino de bolas de alta energía, bolas de acero y polvo de 
 zinc 
27 
Figura 14. Máquina de tamizado y polvo refinado de la malla 270 27 
Figura 15. Microscopio óptico 28 
Figura 16. Esquema del equipo de inyección de zinc 30 
Figura 17. Equipo de absorción atómica 31 
Figura 18. Equipo de difracción de rayos X y microscopio electrónico 
 de barrido 
31 
Figura 19. Fotografías de la medición del tamaño de las partículas de 
 zinc, vistas en el microscopio óptico 
33 
Figura 20. Histograma de polvo de zinc 34 
Figura 21. Contenidos de plata y porcentaje de deplatado durante la 
 inyección para las pruebas realizadas 
37 
Figura 22. Comparación de los cinco diferentes difractogramas 
 realizados a flujos diferentes y compuestos obtenidos para 
 cada prueba 
39 
Figura 27. Microanálisis de la escoria 1 con un flujo de 7 l min-1 41 
Figura 28. Microanálisis de la escoria 2 con un flujo de 3 l min-1 42 
Figura 29. Microanálisis de la escoria 3 con un flujo de 4 l min-1 42 
Figura 30. Microanálisis de la escoria 4 con un flujo de 6 l min-1 43 
Figura 31. Microanálisis de la escoria 5 con un flujo de 2 l min-1 43 
VI 
ÍNDICE DE TABLAS 
 
Tabla 1. Características generales del plomo (Pb) 3 
Tabla 2. Fuentes naturales y artificiales del plomo y sus compuestos(6) 5 
Tabla 3. Materiales y equipos 25 
Tabla 4. Parámetros experimentales durante el proceso de inyección 
 de zinc 
30 
Tabla 5. Composición química de la aleación maestra Pb-Ag 34 
Tabla 6. Composición química de la aleación maestra Pb-Ag después 
 de la inyección 
35 
Tabla 7. Peso de la carga metálica antes y después de la inyección 35 
Tabla 8. Deplatado obtenido después de las pruebas de inyección 36 
 
VII 
RESUMEN 
El plomo que se produce a partir de minerales se conoce como metal primario 
mientras que el metal que se elabora por extracción y refinación de residuos 
metálicos se conoce como metal secundario. El plomo es un material usado 
principalmente para la fabricación de baterías y debido a sus propiedades 
ingenieriles se considera fácilmente reciclable ya que se busca recuperar metales 
de interés como la plata, la cual se considera como impureza, al igual que otros 
metales como, Au, As, Sn, Se, Ca y Sb, los cuales se encuentran contenidos 
dentro de la rejilla de la batería. 
A nivel industrial, el proceso de deplatado en la refinación de plomo, se lleva a 
cabo adicionando zinc en polvo o zinc en lingote en la superficie del plomo líquido, 
seguido de una agitación mecánica. Este procedimiento resulta ineficiente por la 
obtención de bajas remociones de plata con periodos de procesamiento largos. En 
este trabajo se llevó a cabo el proceso de deplatado en una aleación Pb-Ag a 
través de la inyección de zinc en polvo por medio de una lanza utilizando nitrógeno 
como gas de transporte. 
Los parámetros experimentales considerados en el proceso de inyección fueron: 
temperatura, la cual se mantuvo en el intervalo de 500 a 470 °C; flujo de nitrógeno, 
la cual se vario de 2 a 7 L min-1 y el tiempo de inyección se mantuvo en 4.30 min 
en promedio. El tamaño de partícula de zinc utilizado en el proceso de inyección 
fue de 137 μm en promedio. La mayor remoción de plata se obtuvo a un flujo de 
nitrógeno de 2 L/min con un tiempo de inyección de 4 minutos y 40 segundos. La 
remoción de plata se incrementó notablemente al disminuir el flujo de nitrógeno 
durante la inyección de zinc en el baño de plomo. La escoria obtenida del proceso 
de inyección se analizó por las técnicas de difracción de rayos X y microscopia 
electrónica de barrido con microanálisis (EDS – Energy dispersive spectra). Se 
determinó la formación del compuesto intermetálico AgZn por difracción de rayos 
X, el cual evidencio la remoción de plata del baño de plomo. 
 
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1 
 
1. INTRODUCCION 
El plomo que se produce a partir de minerales se conoce como metal primario 
mientras que el metal que se obtiene por reciclado y refinación de residuos 
metálicos se conoce como metal secundario. El plomo es un material usado 
principalmente para la fabricación a nivel industrial de baterías automotrices en un 
85% y el otro 15% se utiliza en industria química, construcción, soldadura, anclas 
y ojivas de balas(1). Debido a sus características y propiedadesingenieriles, se 
considera fácilmente reciclable ya que presenta una alta resistencia a la corrosión. 
En el reciclado de baterías se busca recuperar metales de interés como la plata, la 
cual se considera como impureza, al igual que otros metales como As, Sn, Se, Ca, 
Sb), los cuales se encuentran contenidos dentro de la rejilla de la batería(2). 
Existen dos principales procesamientos de refinación para el plomo, esto es por 
vía hidrometalurgica y pirometalurgica. El método esencial en el reciclado de 
baterías de plomo se lleva a cabo mediante el proceso “Parkes” o Deplatado. Este 
proceso consiste en la extracción de plata del baño de plomo mediante la adición 
de zinc, en el cual se forma una aleación de plata, plomo y zinc que forma un 
dross que contiene compuestos intermetálicos de alta ley en la superficie del baño 
la cual se procesa por destilación al vacío (3). 
En la industria el proceso se realiza adicionando el reactivo de zinc en la superficie 
del baño y posteriormente se agita con un sistema mecánico, el cual consiste en 
un grupo de aspas (4), esta parte del proceso es ineficiente debido a los tiempos de 
reacción dentro del baño de plomo, por lo que es necesario su mejoramiento a 
través de la inyección del reactivo de zinc con una lanza en el núcleo del baño con 
lo cual aumenta la cinética del proceso de deplatado(5). 
 
 
 
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2 
 
En este trabajo se llevó a cabo el proceso de deplatado de plomo líquido mediante 
la inyección de partículas de zinc, considerando que en el reciclaje de baterías de 
plomo, la cantidad de plata oscila entre 0.1 y 0.01 % dependiendo del tipo de 
batería. En este trabajo se fabrico una aleación maestra Pb-Ag con un contenido 
de plata de 0.05 %, posteriormente se adiciono la cantidad estequiométrica de zinc 
para la remoción de plata como AgZn3. Las condiciones experimentales de las 
pruebas de inyección fue a una temperatura de 480 °C, la cual oscilo en ± 20 °C, 
variando el flujo de nitrógeno de 2 a 7 L min-1 y el tiempo de inyección entre 5 y 4 
minutos. La recuperación o remoción de plata que se obtuvo fue de hasta un 49% 
de la carga inicial. La escoria obtenida se caracterizó por difracción de rayos x, 
microscopia electrónica de barrido y se determinó la presencia de compuestos 
como son Ag, Zn, Pb, PbO, PbO2 y AgZn. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 
 
2. ANTECEDENTES 
2.1 Generalidades del plomo 
El Plomo (Pb) es un metal pesado, no tiene olor ni sabor especial, es de color 
grisáceo, con aspecto brillante cuando se corta, al ser expuesto al aire se oxida 
rápidamente cambiando su aspecto a un tono mate. Es muy dúctil, maleable y 
resistente a la corrosión, y pobre conductor de la electricidad. La tabla 1 muestra 
algunas propiedades del plomo. Estas características hacen al plomo un elemento, 
con un amplio campo de aplicación en el área de la metalurgia. 
 
Número atómico 82 
Masa atómica 207.19 g/mol 
Densidad 11.4 g/ml 
Punto de fusión 327.4 °C 
Punto de ebullición 1,725 °C 
 
Aunque resiste la acción del ácido sulfúrico y clorhídrico, se disuelve con facilidad 
en ácido nítrico concentrado caliente y ácidos orgánicos (cítrico, acético), 
originando sales solubles. Se obtiene de la galena (sulfuro de plomo) que es la 
forma más abundante de este elemento en la naturaleza y se encuentra 
generalmente asociada a diversos minerales de zinc y en pequeñas cantidades, 
con cobre, cadmio y fierro, entre otros. 
La mayor parte de las emisiones de plomo hacia la atmósfera proviene de 
actividades como la minería, la producción de materiales industriales y de la 
quema de combustibles fósiles. Industrialmente, sus compuestos más importantes 
son los óxidos de plomo y el tetraetilo de plomo. 
Tabla 1. Características generales del plomo (Pb) 
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4 
 
 Este último forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en 
esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas 
con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cadmio y sodio tienen 
importancia industrial. Los compuestos de plomo son de dos clases: inorgánicos y 
orgánicos (6). 
Los inorgánicos incluyen a las sales y a los óxidos, los más destacados son: 
 Óxidos: Litargirio (PbO) o protóxido de plomo, bióxido de plomo (PbO2) 
 Carbonato de plomo 
 Cromato de plomo 
 Arseniato de plomo 
 Sulfato de plomo 
 Sulfuro de Plomo 
 Antimoniato de plomo 
Entre los compuestos Orgánicos se encuentran: 
 Acetato de plomo 
 Tetraetilo de plomo 
 Tetrametilo de plomo 
 Estearato de plomo 
 Naftenato de plomo 
 
La tabla 2 menciona la fuente natural y artificial de los compuestos de plomo. 
 
 
 
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5 
 
Tabla 2. Fuentes naturales y artificiales del plomo y sus compuestos
(6)
 
Compuestos Fuente natural Fuente artificial 
Plomo Elemental 
(Pb) 
Raramente se encuentra en su 
estado elemental en la 
naturaleza, sin embargo está 
presente en una gran cantidad de 
minerales. 
Industrias de fundición y afinado del 
plomo, manufactura de baterías. En 
la fabricación de aleaciones de 
plomo, de municiones, pigmentos y 
químicos. 
Oxido de Plomo 
(PbO) 
Se encuentra en la lanarkita 
(PbSO4.PbO) y en otros 
Minerales en combinación con 
otras sales de plomo. Se obtiene 
también por fotólisis de 
compuestos de plomo en la 
atmósfera. 
Emisiones al aire de vehículos que 
usan gasolina con plomo, altos 
hornos, fundidoras y procesos de 
afinación. Emisiones en las 
descargas de aguas residuales. 
Tetraóxido de plomo 
(Pb3O4) 
No hay datos de formación 
natural de este compuesto. 
Se emite al ambiente durante su 
manufactura, uso y al ser desechado. 
Se forma al calentar plomo a altas 
temperaturas en presencia de 
oxígeno, por lo que la fundición y 
refinado de plomo, así como los 
procesos de soldadura son fuentes 
potenciales de emisiones de Pb3O4. 
Dióxido de Plomo 
(PbO2) 
Se encuentra en el mineral 
Plattnerita. 
En atmósferas urbanas, se 
encuentran partículas de dióxido de 
plomo derivadas del tetraetilo de 
plomo. El dióxido de plomo también 
se produce sintéticamente por la 
oxidación de sales de plomo 
mediante oxidación electrolítica o por 
agentes fuertemente oxidantes. Se 
utiliza como agentes oxidantes en la 
manufactura de sustitutos de 
plástico, colorantes y pirotecnia. 
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6 
 
Compuestos Fuente natural Fuente artificial 
Cromato de plomo 
(PbCrO4) 
Dentro de los minerales crocoíta 
(PbCrO4) y phoenicochroite. La 
crocoíta es un mineral raro que se 
encuentra en las zonas de 
oxidación de los depósitos de 
plomo, donde los filones han 
atravesado rocas que contienen 
cromita. Su composición es 
68.9% PbCrO4.PbO y 31.1% CrO3 
Descargas de aguas residuales de 
empresas que lo producen o lo 
utilizan. Se forma también por 
reacción del cromato de sodio con 
nitrato de sodio en solución. 
Arseniato de plomo Se encuentra en la naturaleza 
como el mineral Schultenita. 
El arseniato de plomo se produce en 
la manufactura de insecticidas. 
Carbonato de plomo 
(PbCO3) 
Se encuentra naturalmente en la 
anglesita (PbSO4, formada por 
oxidación de la galena) y en 
menor grado en la lanarkita. Es 
un componente importante en 
más de 200 minerales 
identificados. 
Se forma en los procesos de 
manufactura de baterías de plomo, 
así como durante su descarga. Se 
encuentra también en pinturas, 
pigmentos y estabilizadores para 
PVC. 
Sulfato de plomo 
(PbSO4) 
Se encuentra en la lanarkita 
(PbSO4.PbO) y en otros 
minerales en combinación con 
otras sales de plomo. Se obtiene 
también por fotólisis de 
compuestos de plomo en la 
atmósfera. 
Emisiones al aire de vehículos que 
usan gasolina con plomo, altos 
hornos, fundidoras y procesos de 
afinación. Emisiones en las 
descargas de aguas residuales.Antimoniato de 
plomo 
Pb3(SbO4)2 
No tiene fuente Natural. Se forma por la Interacción de 
soluciones de nitrato de plomo y 
antimoniato de potasio. 
Sulfuro de plomo 
(PbS) 
De manera natural se encuentra 
en el mineral conocido como 
galena, el cual tiene una amplia 
distribución en el planeta. 
Por calentamiento del plomo metálico 
en vapores de azufre. 
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7 
 
2.2 Principales usos del plomo 
El plomo tiene muchas aplicaciones. Se usa en la fabricación de baterías, 
municiones, productos metálicos (soldaduras y cañerías) y en dispositivos para 
evitar irradiación con Rayos X. Entre sus principales usos se encuentran los 
siguientes(6): 
 Antidetonante en gasolinas 
 Fabricación de baterías 
 Producción de municiones 
 Fabricación de soldaduras 
 Producción de pinturas 
 Vidriado de utensilios de barro 
 Tanques de almacenamiento 
 Soldaduras para equipo de cómputo 
 
2.3 Producción Mundial de plomo 
La fabricación de plomo es relativamente baja y altamente contaminante, debido a 
que sus costos son relativamente bajos en comparación de otros metales. Al igual 
que con todos los metales, existen dos tipos de producción. 
La primaria que se da a partir de mineral de plomo extraído la cual es la fuente 
inicial de plomo, y la secundaria donde a partir de productos reciclados se 
obtienen altas cantidades de plomo. Actualmente la producción de plomo 
secundario protagoniza más de la mitad de todo el plomo producido en el mundo; 
en Europa Occidental el porcentaje de plomo es de 60%, en EE.UU. se reporta un 
porcentaje de 70%. 
 
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8 
 
Estos índices de producción de plomo superan al de los metales restantes tanto 
ferrosos como no ferrosos debido a que muchas de las aplicaciones del plomo 
tienen una vida útil bastante larga, y a que el consumo crece de una manera 
constante debido a que el costo del reciclado de plomo es económico y por lo 
tanto factible y sostenible (7). 
 La producción mundial de plomo a partir de fuentes primarias y secundarias se 
observa en la figura 1. Los seis países productores más importantes agrupan 
alrededor del 82% de toda la producción, siendo China el principal productor con 
alrededor de 2.2 millones de toneladas de producción por año(7). 
 
 
 
Figura 1. Producción mundial de plomo (2014) 
 
Por su parte, la producción nacional de plomo en México en 2014, tuvo un 
incremento del 12.4% con relación al año anterior, con 135,322 toneladas. Los 
estados con mayor producción de plomo en la República Mexicana son: Zacatecas 
con 53,054 toneladas, el segundo lugar lo ocupa Chihuahua con 52,329, Durango 
con 12,884, Estado de México con 6,821, Hidalgo con 4,238 y San Luis Potosí con 
3,144 y Guerrero con 2,574 toneladas como se muestra en la figura 2(7). 
 
Otros 3 % Rusia 3 % 
Perú 5 % 
India 3 % 
México 5 % 
Australia 12 % 
EE.UU. 8 % 
China 49 % 
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Figura 2. Producción nacional de plomo (2014) 
 
Existen alrededor de unas 255 compañías que manejan plomo en México. La 
mayor de ellas, Enertec, recibe alrededor de 70 por ciento de las baterías 
recolectadas e informa que recicla 95 por ciento de lo que recibe. Aunque el plomo 
se destina a varios usos importantes, también puede causar graves efectos en la 
salud y el medio ambiente cuando no se usa y controla de manera apropiada. 
La figura 3 muestra los principales usos del plomo, el mayor uso se da en la 
fabricación de baterías para autos con un 80%, en pigmentos de pinturas en 5%, 
municiones de balas en un 3%, protección de cables en un 1% entre otros usos(7). 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Usos de plomo (2014) 
 
Otros 11 % Protección de 
Cables 1 % 
Pigmentos 5 % 
Municiones 3 % 
Baterías 80 % 
Zacatecas 39 % 
Chihuahua 38 % 
Durango 11% 
Edo. De México 5% 
Hidalgo 3 % 
San Luis Potosí 2% 
Guerrero 2% 
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10 
 
El futuro de plomo está completamente ligado al de la batería de plomo-ácido. Por 
lo que a ésta se refiere y a la luz de los conocimientos actuales, su sustitución en 
sus campos tradicionales, no parece cuestión fácil, teniendo en cuenta su 
fiabilidad, prestaciones y economía, sin que sea factor despreciable a su favor el 
eficientar sistemas existentes para la recuperación y reciclado de sus residuos. 
Por otra parte, el desarrollo tecnológico de las baterías de plomo, ha mejorado sus 
prestaciones, por lo que se refiere a capacidad, rapidez de carga, vida útil, 
resistencia a las vibraciones, seguridad, control del ácido entre otros, de forma 
espectacular y promoviéndose así como el componente de las tecnologías de 
almacenamiento para fuentes de energía renovable(8). 
El procesamiento secundario de plomo representa un campo de oportunidad para 
incrementar la recuperación de metales durante la refinación del plomo mediante 
la mejora de los procesos actuales. 
 
2.4 Proceso primario del plomo 
El plomo se localiza en la naturaleza primordialmente como un mineral de sulfuro 
conteniendo pequeñas porciones de cobre, hierro, zinc, metales preciosos y 
fragmentos de otros elementos(4). 
El principal mineral de plomo es la galena (PbS) que contiene 84.6% de plomo, la 
cerusita (PbCO3) con un 77.5% de plomo, la anglesita (PbSO4) con 58.6% de 
plomo. La galena contiene pequeñas cantidades de plata y oro y está asociada 
con la esfalerita (ZnS), pirita (FeS2) y calcopirita (CuFeS2). 
En cuanto al plomo puede ser producido por vía hidro o pirometalurgia, 
dependiendo de la materia prima que se utilice. En el proceso pirometalurgico los 
concentrados de minerales pueden contener 50 – 70% de plomo, el contenido de 
azufre en los minerales de plomo está en el intervalo de 15 – 20%(5). 
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11 
 
 Los hornos de soplo son usados en los procesos convencionales para la 
reducción de los óxidos de plomo y el refinado para producir plomo. A pesar de 
que el plomo es un metal muy preponderante ya que se emplea en una amplia 
gama de productos, su demanda se está reduciendo por su carácter venenoso y 
contaminante (9). 
El procesamiento de concentrados de plomo requiere de tres etapas principales: 
 La sinterización: El mineral de plomo pasa al proceso de sinterización para 
la disminución de sulfuros (el concentrado de plomo tiene un elevado 
contenido de azufre y altos contenidos de impurezas como son arsénico, 
antimonio y bismuto). El plomo generalmente se funde en un horno de 
soplo utilizando coque como fuente de calor. 
 La reducción: El plomo producido del horno de soplo se lleva a una olla, a 
una temperatura alrededor de 700 – 800°C, donde se produce una escoria 
que contiene óxidos de plomo, cobre y antimonio estos elementos flotan a 
la superficie del baño. Esta escoria se rastrilla para quitar los óxidos que se 
formaron en el proceso. 
 La refinación: Finalmente el mineral de plomo se refina de acuerdo a los 
siguiente procesos: 
 Eliminación de cobre 
 Eliminación de antimonio, titanio y arsénico 
 Eliminación de metales preciosos por el proceso Parkes 
 Eliminación de zinc al vacío 
 Eliminación de bismuto por el proceso Kroll-Betterton 
 Eliminación de impurezas remanentes mediante la adición de 
NaOH y NaNO3 
El plomo refinado contiene un pureza de 99.99%(10). 
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12 
 
2.5 Proceso secundario del plomo 
Un enorme volumen de plomo producido proviene de fuentes secundarias. Como 
son los desperdicios que incluyen baterías de plomo, cubiertas de cable, pipas, 
pigmentos, municiones, etc. Los desperdicios de baterías se procesan 
principalmente en hornos rotatorios u hornos de reverbero. El reciclado de 
acumuladores de plomo se realiza en una o varias etapas de refinación con el fin 
de eliminar las impurezas (10). 
La forma de la chatarra de plomo y residuos a reciclar se ve influenciada en 
cuanto a la tecnología dela industria tanto primaria o secundaria ya que tiene la 
capacidad de reciclar distintos tipos de material. Los tipos de productos de plomo 
que se reciclan se pueden clasificar en dos grandes grupos (1): 
 
 La chatarra de plomo, que incluye: 
 Baterías de plomo-ácido 
 Chatarra de plomo suave 
 Piezas de plomo pesadas 
 Los subproductos y residuos de plomo que incluyen: 
 Suelo contaminado con plomo 
 Polvo de combustión 
 Plantas de ácido 
 Escorias 
 
 
 
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2.5.1 Técnicas de clasificación y separación 
Las técnicas de clasificación y preparación empleadas en el procesamiento de 
plomo reciclado son tres(5): 
 Clasificación manual. Se da en el desmantelamiento de automóviles a los 
cuales se les quita la batería de plomo mediante separadores, antes del 
proceso de trituración. 
 Horno cubilote: El horno cubilote es utilizado por la industria de la chatarra 
de metal con el propósito de separar el plomo, así como aluminio y zinc a 
partir de chatarra de hierro y acero, se puede utilizar para eliminar los 
contaminantes (tierra, rocas, caucho, plásticos y otros materiales 
combustibles) a partir de chatarra de plomo. 
 Medios de Separación pesada. Esta técnica se produce en un medio de 
densidad superior a la del agua y entre las densidades de los componentes 
a ser separados con el propósito de recuperar el plomo y metales no 
ferrosos de los desechos de automóviles triturados. 
 
2.5.2 Tecnologías de recuperación secundaria 
Una diferencia entre el reciclado de plomo y otros metales no ferrosos, los cuales 
se han desarrollado como una industria independiente de la fundición de plomo 
primario. De estas destacan la trituración de baterías, el procedimiento de 
tratamiento, y el proceso de refinación. Los métodos para la recuperación de 
plomo de fuentes secundarias, principalmente de plomo-acido en baterías, se 
originaron inicialmente de las tecnologías de fundición de plomo primario. 
 
 
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14 
 
Existen cuatro tipos de hornos los cuales se utilizan en la recuperación de plomo 
tales como (1): 
 
 Horno de Soplo: Este es el horno utilizado tradicionalmente en la fundición 
de plomo primario. Es muy adecuado para el tratamiento de una variedad 
de materiales secundarios de composición variable y forma física, sin 
embargo, su labor de trabajo es sumamente intensa y produce gases 
altamente contaminantes para el medio ambiente. 
 Horno de reverbero: El objetivo principal de este horno es la reducción de 
los compuestos de plomo metálico para barras de plomo, y al mismo 
tiempo, la oxidación de los elementos de aleación en las rejillas de baterías, 
postes, retales, y conectores con el fin de producir una escoria que contiene 
prácticamente todos los elementos de aleación. 
 Horno de rotación profunda: El horno de rotación profunda funciona sobre 
una base de lotes a fundir ya que el horno permite el tratamiento de una 
amplia variedad de materiales que contienen plomo, además de que las 
baterías de plomo ácido alcanzan un 99.8 % de control de azufre para 
minimizar las emisiones de dióxido de azufre dentro del horno de rotación 
profunda(11). 
 Horno rotatorio: Este tipo de horno permite fundiciones continuas y el cual 
se enciende en un extremo con ayuda de los gases de escape al igual que 
el horno de rotación profunda permite el tratamiento de una variedad de 
materiales, la ventilación de este horno se utiliza para controlar el ambiente 
interno alrededor de la carga ya que esto permite que se cargue el 
quemador mientras funciona a niveles de temperaturas bajas(12). 
 
 
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15 
 
2.6 Refinación de plomo 
La refinación de plomo está distribuida en dos procesos importantes de la 
metalurgia como son la primaria y secundaria, los cuales están en función de la 
materia prima que se utiliza, tal como se muestra en la figura 4(13). 
 
Figura 4. Diagrama de flujo general para la refinación de plomo por metalurgia primaria y 
secundaria 
 
En la metalurgia primaria, el metal de plomo es producido normalmente por el 
proceso de fusión a temperaturas de 1150°C. Este proceso implica numerosas 
impurezas o residuos derivados de los concentrados de plomo o por el contacto 
con otros materiales como pueden ser los materiales refractarios. 
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16 
 
Las impurezas son comúnmente Cu, Fe, Ni, Co, Zn, As, Sn, Bi, Sb, Te, Ag, Au y 
S. Para el caso de la metalurgia secundaria la materia prima principal son las 
baterías (acumuladores) la cual tiene asociado una o varias etapas de refinación 
con el fin de eliminar las impurezas que el material trae consigo, alguna de estas 
impurezas se logran eliminar utilizando un agente que propicie su oxidación (10). 
El proceso de refinación de plomo se efectúa en varias etapas: decobrizado, 
suavizado, deplatado y desbismutizado esta serie de etapas se muestra en la 
figura 5. 
En la primera etapa de refinación (decobrizado) el baño se lleva casi a su 
temperatura de solidificación para disminuir la solubilidad de algunas impurezas 
tales como Cu, Fe, Ni, Co y Zn. En esta etapa se adiciona azufre al plomo y se 
enfría paulatinamente hasta un nivel ligeramente superior al punto de fusión del 
plomo. El azufre se conjunta con el cobre para formar sulfuro cúprico, el cual flota 
y es retirado de la superficie para su siguiente tratamiento. 
En la segunda etapa (suavizado) se considera la capacidad de los metales a 
reaccionar con el oxígeno formando oxidos. En este caso el estaño, arsénico y 
antimonio se oxidan más fácilmente que el plomo cuando están presentes debido 
a su energía libre de Gibbs. Por lo que en esta etapa se inyecta oxígeno para 
oxidar y eliminar elementos indeseables. 
Para el caso de la plata y el oro, se agrega zinc metálico formándose un dross de 
compuestos intermetálicos del tipo AuxZny y AgxZny este método es más conocido 
como el proceso “PARKES” (deplatado)(10). 
Las impurezas finales en el baño se pueden eliminar por oxidación, llevándose así 
la refinación final del plomo. 
 
 
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17 
 
Cabe destacar que más del 90% de la capacidad instalada en la refinación de 
plomo a nivel mundial se basa en métodos pirometalúrgicos. En términos de 
fabricación en masa los procesos pirometalúrgicos son ampliamente manejados, 
en la refinación pirometalúrgica del plomo, se lleva a cabo en tres etapas 
principales (14): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Etapas del procesamiento de refinación de plomo 
El desarrollo de este trabajo se enfoca en la etapa del Procesamiento “PARKES” 
(Deplatado). 
 
 
Plomo Pb = 99.99% Plomo de Primera Fusión o de 
Reciclado (Baterías) 
(Cu, Sb, Ag, Au, As, Sn, Fe, S, O, N) 
Refinación Final 
(T=450 – 500°C) 
Decobrizado 
(T=340°C máx. con S) 
(Mg, Ca) (Sn, As, Sb , Ag, Au, Bi) 
Desbismutizado 
(Ca + Mg, T= 420°C) 
Suavizado 
(NaOH + NaNO3 + O2 , Aire) 
(Bi) (Ag, Au, Bi) 
Dezincado 
(Destilación al vacío) 
Deplatado 
(Zn metálico) 
(Zn, Bi) 
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18 
 
2.7 Proceso Parkes 
Karsten descubrió en 1842(15) que la plata y el oro se pueden recuperar en el baño 
de plomo con la adición de zinc, posteriormente Parkes desarrolló un 
procesamiento apropiado para el uso industrial de este descubrimiento, el cual 
actualmente lleva su nombre. 
El proceso Parkes está basado en la adición de zinc de 1 a 2% en el plomo líquido 
a temperaturas controladas alrededor de 480°C. A esta temperatura hay una 
pequeña interacción entre el plomo y el zinc ya que los metales preciosos son 
mucho más solubles en una fase rica en zinc que en la del plomo. El diagrama 
ternario de Ag-Zn-Pb presenta una laguna de inmiscibilidad que indica que el 
líquido rico en zinc disuelve una mayor cantidad de plata que el líquido rico en 
plomo (16).En el proceso Parkes al agregar el zinc, la temperatura del baño se reduce 
gradualmente por debajo de 419°C comenzando a solidificar el zinc, formándose 
un “Dross” con altos contenidos de subproductos intermetálicos que flota sobre la 
superficie del plomo líquido. Este dross contiene la mayor cantidad de plata como 
compuesto Ag-Zn el cual se separa por rastrilleo y se comprime para expulsar el 
plomo liquido atrapado. Finalmente se envía a retortas en las que se separa el 
zinc por destilación quedando únicamente los metales preciosos (17). 
 
2.8 Proceso de deplatado a nivel industrial 
El deplatado se realiza a temperaturas de 460° - 470°C donde la adición de zinc 
metálico ocasiona la precipitación de cristales de la fase – Ɛ los cuales suben a la 
superficie del baño de plomo; después el plomo parcialmente deplatado es 
transportado a una segunda paila, y enfriado a una temperatura alrededor de 
370°C. (18). 
 
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19 
 
Durante el proceso se forman algunas fases intermetálicas Ag-Zn tales como las 
fases Ɛ y ƞ, las cuales flotan sobre la superficie del baño ya que tienen menor 
densidad y un punto de fusión más elevado que el plomo y por ello pueden ser 
removidos fácilmente por rastrilleo desde la superficie(19). 
El deplatado en la industria se efectúa generalmente en dos etapas (20). 
1. Consiste en agregar al concentrado zinc puro, además del dross bajo 
en Ag el cual es obtenido de un proceso posterior o etapa 2 del 
deplatado. 
2. Consiste en disminuir la temperatura del baño cercano al punto de 
fusión de plomo para obtener soluciones solidas (AgxZny) dentro de la 
escoria Pb-Zn. 
Después de remover estas fases intermetálicas existen ciertas cantidades de zinc 
del orden de 0.54 – 0.56% en el baño de plomo (21). 
A continuación se muestra en la figura 6 las etapas de deplatado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Esquema del proceso de deplatado 
Suavizado Dross baja en Ag Dross de Plata 
Zinc Puro 
Deplatado 
final 
 370°C 
1ra etapa de 
deplatado 
460 – 470°C 
Deplatado 
final 370° C 
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20 
 
2.9 Diagramas de fases binarios 
En la figura 7 se muestra el diagrama binario Ag-Zn (18), en donde se observan 
varias soluciones sólidas. Entre la fase rica de plata (fase α, 0 – 40.2 % at Zn), y la 
fase rica en zinc (fase ƞ, 95 – 100 % at. Zn), existen cuatro soluciones sólidas 
denominadas como: β, ζ, , y Ɛ(22). 
 
Figura 7. Diagrama de fases Ag-Zn 
La fase β tiene la composición ideal del compuesto AgZn estable a alta 
temperatura. La fase ζ es estable a baja temperatura y su composición se sitúa en 
el intervalo de 37 a 51.2% at. Zn. La fase es estable alrededor de la 
composición del compuesto Ag5Zn8 y tiene un intervalo de composición de 59.2 a 
63% at. Zn. La fase Ɛ se atribuye al compuesto AgZn3. 
Claramente se observa que las soluciones solidas presentes en el proceso de 
deplatado dependerán de la composición y la temperatura. 
El diagrama Pb-Zn de la figura 8 muestra una reacción eutéctica y el límite de 
solubilidad ya que el estado sólido es muy estrecho. La solubilidad de zinc es de 
0.05 a 0.06% en el plomo solido a una temperatura de 318°C (18). 
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21 
 
 
Figura 8. Diagrama de fases Pb-Zn 
Existe una reacción monotéctica al igual que una laguna de inmiscibilidad muy 
extensa, aproximadamente hasta los 800°C; esta región de inmiscibilidad está 
asociada con la reacción monotéctica sobre una parte sustancial del diagrama 
ternario Pb-Ag-Zn (figura 10). El punto crítico de esta laguna tiene una 
temperatura aproximada de 700°C (Punto C, del sistema Pb-Ag-Zn). 
La figura 9 muestra el diagrama de equilibrio Ag-Pb, el cual presenta una reacción 
eutéctica a una temperatura de 304°C, mostrando que la plata también se 
distribuye en la fase rica en plomo (18). 
 
 
 
 
 
 
Figura 9. Diagrama de fases Pb-Ag 
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22 
 
Como se mencionó, la base del proceso de deplatado es la combinación de la 
plata con el zinc para formar soluciones solidas insolubles en el plomo metálico. 
Por lo que el deplatado es promovido por la formación de fases intermetálicas 
como: β, ζ, , y Ɛ, dependiendo de la concentración relativa de Ag-Zn y la 
temperatura (16). 
Este fenómeno es ilustrado por el diagrama de fases ternario Pb-Ag-Zn mostrado 
en la figura 10 (19), en el cual se observa una amplia laguna de inmiscibilidad de 
370 a 470°C. Esta región de inmiscibilidad permite entender como la plata se 
distribuye fácilmente entre una fase rica en plomo y la otra rica en zinc. Las líneas 
de conjugación indican que el líquido rico en zinc (líneas L1, Figura. 8) disuelve 
una mayor cantidad de plata que el líquido rico en plomo (líneas L2, Figura. 8) (21). 
 
Figura 10. Diagrama de fases Pb-Ag-Zn 
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23 
 
La plata puede removerse del baño de plomo con la formación de compuestos 
sólidos de la fase Ɛ o de la fase ƞ. La formación de estas fases solidas dependerá 
del control de la temperatura y de su relación molar. 
Este proceso de formación de compuestos en solución solida dependerá 
totalmente del equilibrio que se establece entre la plata y el zinc y no de la cinética 
de la reacción. Las reacciones del proceso se pueden representar de la siguiente 
manera (20): 
Ag + rZn (Ag-rZn) fase β, y, Ɛ ó ƞ ………………………… (1) 
Las cuatro reacciones peritécticas extendidas a lo largo del diagrama ternario 
Ag-Pb-Zn interceptan la laguna de inmisibilidad, originando reacciones 
monotécticas, tal como se ilustra en el diagrama ternario de la figura 10. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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24 
 
 3. DESARROLLO EXPERIMENATAL 
La figura 11 muestra el diagrama de flujo experimental de las etapas que se 
llevaron a cabo en este trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11. Diagrama de flujo del proceso de deplatado 
 
 
Proceso de Deplatado 
Adaptación de material y equipo 
Fusión de plomo con inyección 
de zinc 
Fabricación de la 
aleación plomo-plata 
Análisis 
Químico 
Caracterización Escoria 
Pb 
metálico 
MEB DRX 
Obtención de zinc en 
polvo 
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25 
 
3.1 Adaptación de materiales y equipo 
Se utilizaron los materiales y equipos de la tabla 3 para la realización del proceso. 
Tabla 3. Materiales y equipos 
Materiales 
Foil de plata (99.99 %) 
Zinc granular de 830 μm 
(98.7 %) 
 
Lingotes de plomo (99.8 %) 
Equipos 
Horno de Gas 
Horno de Resistencias 
Absorción Atómica Perkin 
Elmer 300 
 
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26 
 
Equipos 
Microscopio Óptico 
 
Difractometro Bruker D8 
Focus (DRX) 
 
Microscopio Electrónico de 
Barrido Jeol 6300 
 
 
3.2 Fabricación de aleación maestra Pb-Ag 
A partir de lingotes de plomo y foil de plata pura se fabrico una aleación maestra 
Pb-Ag con un contenido de plata estimado de 0.05%, este contenido se reporta(23) 
en el reciclado de baterías ácidas de plomo. La aleación maestra se fabrico en un 
horno de gas, utilizando un crisol de CSi a una temperatura de 650°C, como se 
observa en la figura 12. La aleación se vació en lingoteras de hierro. Cabe señalar 
que se obtuvieron 10 lingotes con un peso por lingote de 0.5 a 1 kg 
aproximadamente. De cada lingote se obtuvo 0.1 g de muestra en forma de 
limadura para su análisis químico por absorción atómica. 
 
 
 
 
Figura 12. Horno de gas y crisol de carburo de silicio 
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27 
 
3.3 Obtención de zinc en polvo 
El zinc comercial granular con un tamaño de 830 μm, se molió para obtener 
diferentes tamaños de partícula de zinc. La cual se llevó a cabo de la siguiente 
manera: Se pesaron 10 g de zinc y se le añadieron 0.5mL de alcohol etílico como 
agente de control para evitar la aglomeraciónde zinc; en un molino de bolas de 
alta energía (figura 13), se agregaron 21 bolas de acero de 5mm de diámetro y 7 
bolas de acero de 10 mm de diámetro, donde se agregó zinc comercial y el tiempo 
de molienda fue de una hora para posteriormente llevar a cabo la clasificación por 
tamaños mediante tamizado. 
 
 
 
 
Figura 13. Molino de bolas de alta energía, bolas de acero y polvo de zinc 
La figura 14, muestra el Rot tap y los diferentes tamices empleados que fueron: 
140, 270, 320 y 400. La mayoría de las partículas se concentraron en el tamaño 
de malla +270, por lo que las partículas de este tamaño se utilizaron en las 
pruebas de inyección y mediante el microscopio óptico (figura 15) se determinó el 
tamaño de partícula y con ayuda de un software analizador de imágenes se 
promedió el tamaño de la partícula. 
 
 
 
 
Figura 14. Máquina de tamizado y polvo refinado de la malla 270 
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28 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 15. Microscopio óptico 
 
3.4 Pruebas de inyección 
Se llevaron a cabo cinco pruebas de inyección, para lo cual se utilizaron dos 
lingotes por prueba de la aleación maestra. De cada lingote se obtuvo muestra, se 
unificaron y se analizó su composición por plata. Para las pruebas de inyección se 
utilizó el peso de ambos lingotes y su análisis químico de plata para calcular la 
cantidad estequiométrica de Zn de acuerdo a la siguiente reacción: 
 ……..………………….………………………… (2) 
La cantidad de zinc inyectada vario para cada prueba en función del contenido de 
plata y el peso de la muestra. 
Se calcularon los gramos de plata, a partir del %Ag obtenido en el análisis 
químico: 
 
 
 
 ……………………………………………………….. (3) 
Donde: 
W = Peso de la Carga 
 
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29 
 
Obteniendo los gramos de plata se calcularon las moles de Ag: 
 (
 
 
) ……………………………………………………..(4) 
A partir de las moles de Ag se calcularon las moles de Zn necesarios de acuerdo 
a la reacción (2): 
 ……………………………………………………….(5) 
Y obteniendo las moles de Zn se calcularon los gramos de zinc a inyectar: 
 
 
 
 ……………………………………………..……….(6) 
3.5 Fusión de plomo con inyección de zinc 
Una vez que se estableció los contenidos de zinc necesarios para la remoción de 
plata en cada prueba, se llevaron a cabo las pruebas de inyección de partículas de 
zinc utilizando nitrógeno como medio de transporte. La inyección se llevó a cabo 
mediante un tubo de acero inoxidable de diámetro interior de 6.35 mm, 
manteniendo una distancia de 2.5 cm con respecto al fondo del crisol. La 
temperatura de trabajo se estableció en 480 °C y se vario el flujo de nitrógeno 
(N2). La Tabla 4 muestra las condiciones iniciales de experimentación para el 
desarrollo de las pruebas de inyección. Se observan las fluctuaciones en 
temperatura, la cantidad de zinc adicionada, la presión de nitrógeno y el tiempo de 
inyección. 
La figura 16 muestra el esquema experimental del proceso de inyección, en donde 
se utiliza un horno de resistencias, el cual contienen un crisol de CSi con la carga 
metálica. Se observa la lanza de inyección y un contenedor del polvo de zinc 
conectado a una tubería para la inyección del nitrógeno. El esquema experimental 
muestra un arreglo denominado “bay pas” o conducto doble, el cual se emplea 
para que el gas de transporte siga fluyendo de forma continua dentro del baño 
fundido y no se suspenda la inyección de N2 y ésta interactúe con las partículas de 
zinc llevándolas por el conducto directo al baño metálico. 
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30 
 
Tabla 4. Parámetros experimentales durante el proceso de inyección de zinc 
Pruebas Aleación Pb-Ag 
(Kg) 
T (°C) Zn inyectado (g) N2 (l/min) tinyección N2 (min) 
1 1.540 500 1.4630 7 5:00 
2 1.606 490 1.5955 4 4:45 
3 1.558 480 1.4176 3 4:30 
4 1.372 470 1.3044 6 4:10 
5 1.570 485 1.4217 2 4:40 
 
En la figura 16 se muestra el esquema utilizado en la experimentación. 
 
Figura 16. Esquema del equipo de inyección de zinc 
 
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31 
 
3.6 Caracterización 
3.6.1 Análisis químico de la aleación Pb-Ag 
Se determinó el contenido de plata de todas las pruebas de fusión, mediante 
absorción atómica. Se disolvió aproximadamente 0.1 gramos de limadura de los 
lingote obtenidos en la aleación maestra y en las pruebas de inyección con 
partículas de zinc, las cuales se disolvieron en agua regia (una relación ácido 
clorhídrico: ácido nítrico 1:3) la solución se filtró y aforo a 100mL, para cada una 
de las muestras. Las soluciones se analizaron en un equipo de absorción atómica 
Perkin Elmer 300. La figura 17 muestra el equipo utilizado para obtener la 
concentración inicial (mg/L) y el % de plata. 
 
Figura 17. Equipo de absorción atómica 
3.6.2 Análisis de la escoria de las pruebas de inyección 
 Se realizaron pastillas comprimidas con la escoria obtenida, de las fusiones de 
inyección, realizadas para su análisis mediante técnicas de difracción de rayos X y 
microscopía electrónica de barrido. La figura 18 muestra el difractometro Bruker 
D8 Focus y el microscopio electrónico de barrido Jeol 6300 utilizados en este 
trabajo. 
 
 
 
 
 
Figura 18. Equipo de difracción de rayos X y microscopio electrónico de barrido 
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32 
 
En las pruebas de MEB se llevó a cabo un mapeo para determinar la distribución 
de estos elementos: Ag, Zn, Pb, en las escorias. Además se determinó la 
composición química cualitativa por microanálisis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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33 
 
4. RESULTADOS Y DISCUSION 
4.1 Polvos de zinc 
El polvo de zinc obtenido por molienda mecánica se clasificó en diversas mallas y 
se seleccionó la fracción contenida en la malla +270 para llevar a cabo las 
pruebas de inyección. Se determinó mediante microscopia óptica que estas 
partículas presentan un tamaño promedio de 137 μm. La figura 19 muestra 
diferentes partículas medidas en el microscopio óptico con un analizador de 
imágenes a 100X. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19 Fotografías de la medición del tamaño de las partículas de zinc, 
vistas en el microscopio óptico 
 
En la figura 20 se puede apreciar el histograma obtenido con las mediciones 
hechas a las partículas de zinc y donde se puede observar los siguientes datos: 
tamaño de partícula máximo y mínimo, tamaño de partícula promedio y la 
desviación estándar, la cual representa la variación del tamaño de partícula. 
 
 
 
 
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34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 20. Histograma de polvos de zinc 
 
4.2 Análisis Químico de la aleación maestra Pb-Ag 
La tabla 5 muestra los resultados del contenido de plata de la aleación maestra 
Pb-Ag. La composición inicial de plata de la aleación maestra se estimo en 0.05%; 
sin embargo, como se menciono, esta aleación se vació en lingoteras, los cuales 
se utilizaron para el desarrollo de las pruebas de inyección. Los resultados del 
análisis químico de los lingotes que conformaron la carga para cada prueba de 
inyección se analizaron mediante absorción atómica. La tabla 5 muestra ligeras 
variaciones en la composición de la carga metálica para cada prueba, los cuales 
se consideran aceptables en el intervalo de error durante el análisis químico. 
Tabla 5. Composición química de la aleación maestra Pb-Ag 
Pruebas Aleación Pb-Ag (g) Ag (mg/ L) Aginicial (%) Ag (ppm) 
1 0.1030 0.539 0.05233 523.3 
2 0.1018 0.557 0.05471 547.1 
3 0.1070 0.534 0.04990 499.06 
4 0.1012 0.531 0.05247 524.7 
5 0.1036 0.698 0.06737 673.7 
 
 
 
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35 
 
4.3 Pruebas de Inyección 
La tabla 6 muestra el contenido de plata final de las cinco pruebas de inyección 
realizadas, de acuerdo al procedimiento de análisisquímico descrito en el 
apartado de caracterización. 
 
Tabla 6. Composición química de la aleación maestra Pb-Ag después de la inyección 
Pruebas Aleación Pb-Ag (g) Ag (mg/ L) Agfinal (%) Ag (ppm) 
1 0.1029 0.446 0.04787 478.7 
2 0.1016 0.433 0.04261 426.1 
3 0.1031 0.404 0.03918 391.8 
4 0.1007 0.502 0.04844 484 
5 0.1029 0.349 0.03398 339.8 
 
La tabla 7 muestra la variación en el peso de la carga después de las pruebas de 
inyección Se observa que existen pérdidas de metal durante el proceso de 
inyección, esto se debe al flujo y tiempo de inyección del nitrógeno utilizado como 
gas de transporte. Estas pérdidas se atribuyen a la etapa de remoción de escoria 
por cuchareo y a salpicaduras durante la inyección. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En la tabla 8 se presentan los resultados del deplatado obtenidos después del 
proceso de inyección. A partir de los contenidos de plata iniciales y finales 
reportados en la tablas 5 y 6, respectivamente, se determinó el deplatado 
(remoción de plata) de acuerdo a la ecuación 8. 
Tabla 7. Peso de la carga metálica antes y después 
de la inyección 
Pruebas N
2 
(l/min) 
Peso 
inicial Pb-
Ag 
(Kg) 
Peso final Pb-
Ag 
 (Kg) 
1 7 1.540 1.026 
2 4 1.606 1.316 
3 3 1.558 1.378 
4 6 1.372 1.041 
5 2 1.570 1.423 
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36 
 
 
 
 
 
 ….………………………(8) 
 
 
 
 
 
 
 
Se observa una baja remoción de plata para las pruebas 1 y 4; mientras que las 
pruebas 2 y 3 presentaron valores de deplatado similares de 22.1% y 21.4%; 
mientras que la prueba 5 presentó una mayor remoción de plata con un deplatado 
de 49.5 % 
 
En la figura 21 se presentan los resultados obtenidos en la eliminación de plata 
mediante la inyección de partículas de zinc. La figura presenta el contenido de 
plata inicial (Aleación maestra) y final (Inyección de partículas de zinc), para las 
cinco pruebas realizadas, el contenido de plata promedio fue de 0.05535 % Ag; 
mientras que después de la inyección, el contenido de plata promedio en las 
pruebas fue de 0.04241 % Ag. 
La figura 21 muestra claramente que la inyección de las partículas de zinc a la 
aleación Pb-Ag permite la eliminación de plata en la escoria, mediante la 
interacción con las partículas de zinc, el cual reacciona de forma adecuada debido 
a la afinidad que presenta el zinc por la plata, formando una mayor cantidad de 
dross en la superficie, removiendo así la plata contenida dentro del baño metálico, 
obtenido un mejor refinando de plomo. 
 
Tabla 8. Deplatado obtenido después de las pruebas de inyección 
Pruebas Aginicial (%) Agfinal (%) Deplatado (%) 
 1 0.05233 0.04787 8.5 
2 0.05471 0.04261 22.1 
3 0.04990 0.03918 21.4 
4 0.05247 0.04844 7.6 
5 0.06737 0.03398 49.5 
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37 
 
 
Figura 21. Contenidos de plata y porcentaje de deplatado durante la inyección para las pruebas 
realizadas. 
En cuanto a las pruebas 1 y 4 se aprecia una remoción de Ag muy pequeña esto 
se atribuyó a que no se sincronizó la apertura del “bay pas” con el contenedor de 
los polvos y la inyección del gas, por lo que se inyectó con una presión alta de N2 
(7 y 6 L min-1) ocasionando que las partículas dentro del depósito de polvos 
salieran volando, inyectando así una pequeña cantidad dentro del baño metálico. 
Por lo que se obtuvo una pequeña remoción de plata (deplatado entre 7.6 a 8.5 
%Ag), lo cual se considera bajo. 
Para las pruebas 2 y 3 se inyectó con una presión de N2 mas baja que las pruebas 
anteriores a flujos de nitrógeno de 3 y 4 L min-1, debido a que se tuvo una mejor 
sincronización en el sellado y apertura del “bay pas”. Con estas medidas se 
disminuyeron las pérdidas de partículas de zinc en el depósito de polvos. Bajo 
estas condiciones experimentales, se logró una mejora en la remoción de plata o 
deplatado, como se observa en la figura 21. 
0
10
20
30
40
50
60
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
1 2 3 4 5
%
 D
e
p
la
ta
d
o
 
%
 A
g 
Pruebas 
Aleacion Maestra
Inyección con particulas de zinc
%Deplatado
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38 
 
Considerando los ajustes de las pruebas anteriores, se llevó a cabo la prueba 
cinco con una presión de N2 más baja (2 L min
-1) con la finalidad de minimizar las 
pérdidas de partículas de zinc y se controló el sellado y apertura del “bay pas”. La 
temperatura se mantuvo en 485°C con un tiempo de inyección de 4:40 minutos. 
Bajo estas condiciones se propició que la mayoría de las partículas de zinc 
contenidas en el depósito se incorporaran en el baño metálico. Los resultados de 
esta prueba señalan una remoción de plata alta con un deplatado de 49.5 %, lo 
que equivale a una recuperación de casi el 50% de la plata contenida en la carga. 
Los resultados de este trabajo se relacionan con la hidrodinámica del sistema de 
inyección. Gutiérrez y colaboradores(24) llevaron a cabo una simulación 
matemática del proceso de inyección y encontraron que elevados flujos de 
inyección del gas de transporte, promueven la remoción de partículas pequeñas 
por la pluma del gas, alcanzando instantáneamente la superficie del baño sin 
reaccionar. 
4.4 Difracción de rayos X “DRX" 
Se realizaron pastillas comprimidas con la escoria obtenida, de las fusiones de 
inyección, realizadas para su análisis mediante difracción de rayos X. 
 
Los difractogramas se observan en la figura 22 para las cinco pruebas realizadas. 
 
Los resultados de difracción muestran difractogramas muy parecidos para las 
pruebas 1 y 4 con un flujo de nitrógeno correspondiente a 7 y 6 L min-1. Se 
observa como elemento principal en la escoria al plomo Pb-FCC (JCPD file 04-
0686) con pequeñas cantidades de óxidos de plomo formando compuestos tales 
como: PbO-ortorrómbico (JCPD file 05-0570) y PbO2-cubico (JCPD file 22-0389) 
además de una pequeña cantidad de zinc Zn-hexagonal (JCPD file 04-0831). 
 
 
 
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39 
 
 
Figura 22. Comparación de los cinco diferentes difractogramas realizados a flujos diferentes y 
compuestos obtenidos para cada prueba 
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40 
 
Los difractogramas correspondientes a las pruebas de inyección con un flujo de 
nitrógeno de 3 y 4 L min-1 corresponden a las pruebas 2 y 3, respectivamente. Se 
observa la presencia del plomo Pb-FCC (JCPD file 04-0686) como el principal 
elemento en la escoria, seguido de óxidos de plomo en menor cantidad, estos 
óxidos se identificaron como PbO-ortorrómbico (JCPD file 05-0570) y PbO2-cubico 
(JCPD file 22-0389). 
Se observa un pico principal localizado a 36.9 º (2θ), el cual se atribuye a la 
especie Zn-hexagonal (JCPD file 04-0831) lo que indica que los ajustes 
experimentales llevados a cabo en el “bay pas” y a la disminución de la presión de 
N2 propicio una mejora en la inyección de las partículas de zinc dentro del baño 
metálico. Se identificó al compuesto AgZn-hexagonal (JCPD file 07-0372) como la 
especie que recupera a la plata. 
El difractograma obtenido de la escoria de la prueba cinco, la cual corresponde a 
la prueba con el flujo de nitrógeno más bajo 2 L min-1, presentó los mejores 
resultados en la remoción de plata. Se observa nuevamente al plomo Pb-FCC 
(JCPD file 04-0686) como el elemento de mayor contenido en la escoria. Se 
observa la presencia de PbO-ortorrómbico (JCPD file 05-0570) y PbO2-cubico 
(JCPD file 22-0389). La formación de Zn-hexagonal (JCPD file 04-0831) es más 
evidente debido a los cambios experimentales en el “bay pas” formando así el 
intermetálico AgZn-hexagonal (JCPD file 07-0372)), este último compuesto se 
formó al reaccionar con la plata para recuperarla en la escoria. 
Los resultados de difracción de rayos X muestran la formación del compuesto 
AgZn y no del compuesto AgZn3 considerado en este trabajo para determinar la 
cantidad de zinc inyectado de acuerdo a la ecuación (2); sin embargo,los 
resultados obtenidos después de las pruebas de inyección indican la formación del 
compuesto AgZn. A pesar de la baja cantidad de plata y zinc utilizados para el 
desarrollo de las pruebas de inyección, fue posible identificar al compuesto AgZn 
en las pruebas 2, 3 y 5, lo cual indica que se llevó a cabo el deplatado en el baño 
de plomo. 
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
41 
 
4.5 Microscopia electrónica de barrido “MEB” 
Debido a que las cantidades de zinc y plata consideradas en este trabajo son 
pequeñas, se procedió a utilizar la técnica de MEB con EDS para identificar la 
presencia de estas pequeñas cantidades. Se analizaron con microscopia 
electrónica de barrido MEB y microanálisis, las pastillas comprimidas con las 
escorias obtenidas en las pruebas de inyección para comparar con los resultados 
obtenidos en análisis químico y difracción de rayos X. 
 
La figura 23 muestra los elementos principales como son: plomo (Pb), zinc (Zn), 
plata (Ag), oxígeno (O), los cuales se observaron a un aumento de 650X y a un 
voltaje de aceleración de 15.0 KV. Los resultados del microanálisis muestran que 
predomina el contenido de plomo en la escoria, seguido de zinc y en menor 
cantidad plata, la cual no se detectó por la técnica de difracción de rayos X. 
 
Figura 23: Microanálisis de la escoria 1 con un flujo de 7 l min
-1
 
 
 
Elemento % Peso % Atómico 
 O K 15.67 67.57 
 Zn K 6.02 6.35 
 Ag L 0.04 0.01 
 Pb M 78.27 26.07 
Total 100.00 100.00 
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42 
 
En la figura 24 y 25 se observan los resultados de la prueba 2 y 3, 
respectivamente. La prueba 2 se observó a 2000X aumentos con un voltaje de 
aceleración de 20.0 KV; mientras que la prueba 3 fue a 1500X y un voltaje de 20.0 
KV. Los resultados del microanálisis para estas pruebas fueron muy similares en 
cuanto a los contenidos de plomo, zinc y plata, lo cual corresponde con el 
deplatado obtenido para estas pruebas. 
Figura 24: Microanálisis de la escoria 2 con un flujo de 3 l min
-1
 
Figura 25: Microanálisis de la escoria 3 con un flujo de 4 l min
-1
 
 
 
 
Elemento % Peso % Atómico 
 O K 5.72 26.60 
 Zn K 50.64 57.69 
 Ag L 0.13 0.08 
 Pb M 43.51 15.63 
Total 100.00 100.00 
Elemento % Peso % Atómico 
 O K 6.11 31.43 
 Zn K 47.39 52.47 
 Ag L 0.12 0.07 
 Pb M 46.38 16.03 
Total 100.00 100.00 
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43 
 
Los resultados de la figura 26 son similares a los obtenidos en la figura 23, los 
cuales corresponden a las pruebas 1 y 4, respectivamente. Los resultados del 
microanálisis indican un bajo contenido de zinc y plata con altos contenidos de 
plomo, lo que indica, de acuerdo a los resultados experimentales de las pruebas 
de inyección, un bajo contenido de deplatado ocasionado por flujos altos de N2. 
Figura 26: Microanálisis de la escoria 4 con un flujo de 6 l min
-1
 
La figura 27 presenta los resultados obtenidos de la prueba cinco, la cual fue la 
que obtuvo el mejor valor de deplatado. Los resultados del microanálisis para esta 
prueba muestran una mayor cantidad de plata en la escoria, lo cual coincide con el 
deplatado determinado experimentalmente. 
 
Figura 27: Microanálisis de la escoria 5 con un flujo de 2 l min
-1
 
 
Elemento % Pesos % Atómico 
 O K 11.42 60.28 
 Zn K 4.41 5.61 
 Ag L 0.03 0.01 
 Pb M 84.14 34.10 
Total 100.00 100.00 
Elemento % Peso % Atómico 
 O K 12.14 63.02 
 Zn K 1.75 2.23 
 Ag L 0.52 0.35 
 Pb M 85.59 34.40 
Total 100.00 100.00 
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44 
 
5. CONCLUSIONES 
En este trabajo se llevaron a cabo, inyección de partículas de zinc a 137 µm de 
tamaño para remover plata (Ag) del plomo fundido, las conclusiones obtenidas 
fueron: 
 Las pruebas de inyección 2 y 3 con los flujos de nitrógeno de 3 y 4 L min-1, 
obtuvieron un deplatado de 22.1, 21.4 % respectivamente; lo que indica que 
los ajustes experimentales llevados a cabo en el “bay pas” y a la 
disminución de la presión de N2 propicio una mejora en la inyección de las 
partículas de zinc dentro del baño metálico. 
 
 Se determinó que la remoción de plata del plomo líquido se debió a la 
formación de una escoria más rica en zinc lo que propicio la formación del 
intermetálico AgZn-hexagonal (JCPD file 07-0372)), el cual se recupero en 
la escoria obteniendo una remoción alta de plata. 
 
 Mediante microanálisis se detectó le presencia de plata en las escorias 
analizadas, obteniendo una mayor cantidad de plata en la prueba 5, lo cual 
corrobora él % Deplatado de 49.5 y al cual se le atribuye un flujo de 
nitrógeno de 2 L min-1. 
 
 A pesar de la baja cantidad de plata y zinc utilizados para el desarrollo de 
las pruebas de inyección, fue posible identificar al compuesto AgZn en las 
pruebas con los flujos de nitrógeno más bajos, lo que corrobora la 
eliminación de plata de la aleación maestra Pb-Ag. 
 
 
 
 
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45 
 
Bibliografía 
1. S. Ramachandra Rao., “Resource Recovery and Recycling from 
Metallurgical Wastes”, ELSEVIER B. V.; pp. 197 – 200 (2006). 
 
2. GUIA TECNICA SOBRE MANEJO DE BATERIAS DE PLOMO ACIDO 
USADAS., Proyecto CONAMA /GTZ (“Proyecto ResPel”), www.respel.cl , 
pp. 14 – 20, (2013). 
 
3. Directrices técnicas para el manejo ambientalmente racional de los 
acumuladores de plomo de desecho., Editorial: PNUMA., pp. 25 (2003) 
 
4. Pedro Vite-Martínez., Adán Ramírez-López., Antonio Hernández-Espejel y 
Ángel de J. Morales-Ramírez., SIMULACIÓN MATEMÁTICA PARA 
EVALUAR LA EFICIENCIA EN UN REACTOR PARA RECICLADO DE 
PLOMO., ESIQIE- IPN, pp.2 – 4 (2010). 
 
5. J.C. Rodríguez, “Estudio de la Eliminación de la Plata del Plomo Liquido 
mediante la Inyección de Polvos de Zinc” Tesis-Maestría, ESIQIE-IPN, 
(2003). 
 
6. El plomo hechos y realidades, Unión de Industrias del Plomo (UNIPLOM), 
(2012). 
 
7. Manual para el Manejo Ambientalmente Responsable del Plomo, Cámara 
Minera de México, International Lead Management Center, Industrias 
Peñoles S.A. de C.V, (2014). 
 
8. Informe quincenal de la snmpe, Sociedad Nacional de MINERIA 
PETROLEO Y ENERGIA (2012). 
 
http://www.respel.cl/
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
46 
 
9. World Bank Group. “Lead and Zinc Smelting”, Pollution Prevention and 
Abatement Handbook, pp. 332 – 336, July (1998). 
 
10. A study of lead softening/Vineberg, Daryl Geoffrey, 2003, Engineering 
Metallurgy. 
 
11. http://www.emison.es/hornos/pdf/hornosindustriales.pdf 
 
12. ISASMELTTM PARA RECICLAJE DE PLOMO, Bill Errington, Peter Hawkins, 
Andrew Lim. PDF, (2009). 
 
13. Metalurgia Primaria y Secundaria. “Estudio de alternativas en el reciclaje de 
baterías de plomo fuera de uso”. pp. 25 – 30, (2005) 
 
14. Handbook of Extractive Metallurgy, Edited by Fathi Habashi, Volume II: 
Primary Metals, Secondary metals, Light Metals, WILEY-VCH, (1997). 
 
15. Davey T.R. Charlesworth K.J, “The use of METSIM to Model multi stage 
Desilvering of Lead by Zinc”, Extractive Metallurgy of Copper, Nickel and 
Cobalt. Vol. 1 TMS, pp. 153 – 167, (1993). 
 
16. Jones T.D “Use of Zinc Various Forms for the Metallurgical Extraction of the 
other Metals”, Zinc. The Science and Technology of the Metal, pp. 627 – 
630, (1970). 
 
17. Gill C.B “Metalurgia Extractiva no Ferrosa”, Ed. Limusa, México D.F. pag. 
128 – 135, (1983). 
 
http://www.emison.es/hornos/pdf/hornosindustriales.pdf
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
47 
 
18. Massalski T.B., “Binary Alloy Phase Diagrams”. 2aEd. ASM Int. Materials, 
Parks Ohio, USA, (1990). 
 
19. Hancock P.J, Wang Z. “Vaccum Dezincing of Silver Crusts” Canadan 
Metallurgy Quarterty, Vol. 30, No.1, pp. 7-14, (1991). 
 
20. Víctor Hugo Gutiérrez Pérez, SIMULACIÓN MATEMÁTICA DE LA 
INYECCION DE POLVOS EN BAÑOS DE PLOMO, ESIQIE- IPN, pp.19 – 
20, (2010). 
21. A. Romero,R. Morales, Chávez, S. López y J. Palafox, Proyecto IPN-
ENERTEC. “Eliminación de Cobre, Níquel y Plata del Plomo Liquido” 
Departamento de Metalurgia, ESIQIE-IPN, (2000). 
 
22. Davey T.R. “Equilibrium versus Kinetics in Lead Refining” Lead-Zinc 2000, 
TMS, pp. 617 – 636, (2000). 
 
23. Silver removal from molten lead through zinc powder injection, V.H. 
Gutierrez Perez, A. Cruz Ramirez, M. Vargas Ramirez, E. Palacios Beas, 
R.G. Sanchez Alvarado, Science Direct, China (2014),ELSEVIER, pp. 544-
552. 
 
24. Hydrodynamic Simulation of Gas – Particle Injection Into Molten Lead , 
Víctor Hugo Gutiérrez Pérez, Marissa Vargas Ramírez, Alejandro Cruz 
Ramírez, José Antonio Romero Serrano, Jorge Enrique Rivera Salinas, 
Materials Research. 2014; 17(4): 838-850.