Arellano-Solorio-2015-MC-en-IM

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas 
 
 
 
 
“Desulfurización de pastas de baterías ácidas para la 
obtención del plomo metálico” 
 
TESIS 
 
PARA OBTENER EL TíTULO DE 
 
MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA METALÚRGICA 
 
PRESENTA: 
 
 
KARINA ARELLANO SOLORIO 
 
 
DIRECTOR DE TESIS: 
 
 
DR. ALEJANDRO CRUZ RAMÍREZ 
 
MÉXICO D.F., JULIO DE 2015 
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA ii 
 
 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA iii 
 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA iv 
 
Índice 
Pág. 
Índice de tablas vii 
Índice de figuras viii 
Resumen xi 
Abstract xii 
I. INTRODUCCIÓN 1 
II. ANTECEDENTES 4 
II.1 Propiedades del plomo 6 
II.1.1 Propiedades físicas y químicas 7 
II.2 Obtención del Plomo 8 
II.2.1 Metalurgia primaria del plomo 9 
II.2.2 Metalurgia secundaria del plomo 10 
II.3 La batería de plomo-ácido 12 
II.3.1 Funcionamiento de la batería de plomo 13 
II.3.2 Composición de la batería de plomo 15 
II.4 Obtención de plomo a partir de las baterías de autos 17 
II.4.1 Eliminación de azufre 19 
II.4.1.1 Proceso de la reducción carbotérmica 20 
II.4.1.1.1 Escorias pirometalúrgicas 23 
II.4.1.2 Desulfuración hidrometalúrgica del PbSO4 23 
II.4.2 Refinación del plomo 26 
II.5 Estado del arte 27 
III. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 30 
III.1 Equipo y materiales 30 
III.2 Desarrollo experimental 31 
III.2.1 Desmantelamiento de la batería 33 
III.2.2 Desulfurización de la pasta de plomo vía hidrometalúrgica 35 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA v 
 
III.2.3 Tratamiento pirometalúrgico 40 
III.3 Técnicas de caracterización 43 
III.3.1 Análisis químico de las pastas 43 
III.3.2 Análisis por microscopía electrónica de barrido (MEB) 43 
III.3.3 Análisis por difracción de rayos x (DRX) 44 
IV. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 45 
IV.1 Desmantelamiento de la batería plomo-ácido 45 
IV.2 Neutralización del electrolito (ácido sulfúrico) 45 
IV.3 Caracterización de las pastas 46 
IV.3.1 Análisis por DRX de la pasta de plomo 47 
IV.3.2 Análisis por MEB/EDS de las pastas 47 
IV.4 Desulfurización de la pasta 49 
IV.4.1 Análisis químico de las pastas desulfurizadas 49 
IV.4.2 Análisis por DRX de las pastas desulfurizadas 50 
IV.4.3Análisis por MEB/EDS de las pastas desulfurizadas 52 
IV.5 Reducción de la pasta 54 
IV.5.1 Pasta desulfurizada con NaOH 54 
IV.5.1.1 Análisis por DRX de los lingotes 56 
IV.5.1.2 Análisis químico de las escorias 57 
IV.5.1.3 Análisis por DRX de las escorias 57 
IV.5.1.4 Análisis por MEB/EDS de las escorias 59 
IV.5.2 Pasta desulfurizada con Na2CO3 60 
IV.5.2.1 Análisis por DRX de los lingotes 62 
IV.5.2.2 Análisis químico de las escorias 63 
IV.5.2.3 Análisis por DRX de las escorias 63 
IV.5.2.4 Análisis por MEB/EDS de las escorias 64 
IV.6 Cálculo de la eficiencia del proceso 66 
V. CONCLUSIONES 69 
VI. REFERENCIAS 70 
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ARELLANO SOLORIO KARINA vi 
 
Anexo I. Procedimiento para valorar el ácido de la batería 
Anexo II. Determinación de la cantidad de NaOH y Na2CO3 necesario para la 
desulfurización de la pasta 
Anexo III. Preparación y valoración de las soluciones 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA vii 
 
Índice 
Tabla Nombre Página 
Tabla 1 Propiedades físicas del plomo 7 
Tabla 2 Propiedades químicas del plomo 8 
Tabla 3 Composición aproximada de una batería de plomo fuera 
de uso 
16 
Tabla 4 Composición aproximada de la pasta de plomo 17 
Tabla 5 Parámetros de las reacciones de desulfurización 36 
Tabla 6 Variables en el proceso hidrometalúrgico 37 
Tabla 7 Variables en el proceso pirometalúrgico para la pasta 
desulfurizada con NaOH 
42 
Tabla 8 Variables en el proceso pirometalúrgico para la pasta 
desulfurizada con Na2CO3 
42 
Tabla 9 Composición de la batería 45 
Tabla 10 Composición química de la pasta de plomo 46 
Tabla 11 Análisis químico para las pastas desulfurizadas 49 
Tabla 12 Pesos de los productos obtenidos de la reducción de la 
pasta desulfurizada con NaOH 
54 
Tabla 13 Análisis químico de las escorias 57 
Tabla 14 Pesos de los productos obtenidos de la reducción de la 
pasta desulfurizada con Na2CO3 
61 
Tabla 15 Análisis químico de las escorias 63 
Tabla 16 Recuperación de plomo metálico para la pasta 
desulfurizada con NaOH y Na2CO3 
67 
 
 
 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA viii 
 
Índice de figuras 
Figura Nombre Página 
Figura 1 Uso de plomo 2010 4 
Figura 2 Producción mundial de plomo 2013 5 
Figura 3 Producción nacional de plomo 2013 6 
Figura 4 Diagrama de flujo del proceso metalúrgico primario del 
plomo 
9 
Figura 5 Diagrama de flujo general para el reciclado de plomo 11 
Figura 6 Partes de una batería plomo-ácido 15 
Figura 7 Diagrama de flujo del proceso metalúrgico secundario 18 
Figura 8 Diagrama de Ellingham de la fundición de plomo 
secundario 
20 
Figura 9 Diagrama de Ellingham de la mata PbS-FeS 21 
Figura 10 Diagrama Eh-pH para sistema de lavado de SO2 22 
Figura 11 Diagrama Eh-pH para la desulfurización de PbSO4 con 
Na2CO3/NaOH 
25 
Figura 12 Diagrama de flujo del procedimiento general experimental 
para obtener plomo metálico a partir de la pasta de la 
batería 
32 
Figura 13 Diagrama de flujo de la etapa de desmantelamiento de la 
batería plomo-ácido 
33 
Figura 14 Fotografías. a) corte transversal de la cubierta, b) partes 
metálicas, c) desmantelamiento 
34 
Figura 15 Componentes que conforman lasbaterías. a) carcasa, 
b) rejillas con pasta de plomo, c) rejillas sin pasta de plomo 
35 
Figura 16 Diagrama de flujo para la desulfurización de la pasta de 
plomo 
36 
Figura 17 Sistema experimental fase hidrometalúrgica 39 
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ARELLANO SOLORIO KARINA ix 
 
Figura 18 Diagrama de flujo de la etapa pirometalúrgica 41 
Figura 19 Sistema experimental fase pirometalúrgica 43 
Figura 20 Difractograma de la pasta de plomo 47 
Figura 21 Fotomicrografía de MEB de la pasta de plomo con mapeo 
composicional para plomo, oxígeno y azufre 
48 
Figura 22 Análisis cualitativo por EDS de la pasta de plomo 48 
Figura 23 Eficiencia de la desulfurización y parámetros α y β 50 
Figura 24 Difractograma de la pasta desulfurizada con NaOH 51 
Figura 25 Difractograma de la pasta desulfurizada con Na2CO3 51 
Figura 26 Fotomicrografía de MEB de la pasta desulfurizada con 
NaOH con mapeo composicional para plomo y oxígeno 
52 
Figura 27 Fotomicrografía de MEB de la pasta desulfurizada con 
Na2CO3con mapeo composicional para plomo, carbono, 
oxígeno y sodio 
53 
Figura 28 Análisis cualitativo por EDS de la pasta desulfurizada con 
a) NaOH y b) Na2CO3 
54 
Figura 29 Difractogramas de los lingotes. 1) 0 %Na2CO3, 2) 11.87 
%Na2CO3, 3) 14.3 %Na2CO3, 4) 16.62 %Na2CO3 
56 
Figura 30 Difractogramas de las escorias. 1) 0 %Na2CO3, 2) 11.87 
%Na2CO3, 3) 14.3 %Na2CO3, 4) 16.62 %Na2CO3 
58 
Figura 31 Fotomicrografía de MEB de la escoria. Prueba con adición 
de 14.3% Na2CO3 con mapeo composicional para plomo, 
oxígeno, sodio y silicio 
59 
Figura 32 Análisis cualitativo por EDS de las escorias. 
1) 0 %Na2CO3, 2) 11.87 %Na2CO3, 3) 14.3 %Na2CO3, 4) 
16.62 %Na2CO3 
60 
Figura 33 Difractogramas de los lingotes. 5) 0 %C, 6) 2 %C, 7) 4 %C 62 
Figura 34 Difractogramas de las escorias. 5) 0 %C, 6) 2 %C, 7) 4 %C 64 
Figura 35 Fotomicrografía de MEB de la escoria. Prueba con adición 65 
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ARELLANO SOLORIO KARINA x 
 
de 4 %C, con mapeo composicional para plomo, carbono, 
oxígeno, sodio y silicio 
Figura 36 Análisis cualitativo por EDS de las escorias. 5) 0 %C, 6) 2 
%C, 7) 4 %C 
66 
 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA xi 
 
Resumen 
En este trabajo se recuperó la pasta de baterías ácidas de plomo, la cual 
está constituida principalmente por sulfato de plomo, óxidos de plomo y plomo 
metálico. La pasta se trató hidrometalúrgicamente por dos reactivos para eliminar 
el azufre. El primer reactivo consistió en la adición de una solución de hidróxido de 
sodio, mientras que en el segundo, se adicionó una solución de carbonato de 
sodio. Se determinó que la concentración óptima de ambas soluciones fue de 
0.198 N, con un volumen de 1 litro para tratar 30 g de pasta en condiciones 
normales de temperatura y presión. En los dos procesos se obtuvo un precipitado 
en su mayoría libre de azufre. La pasta libre de azufre consistió principalmente de 
óxido de plomo y carbonato de plomo para el proceso de lixiviación con hidróxido 
de sodio y carbonato de sodio, respectivamente. Se determinó que el grado de 
utilización del reactivo (α) y el grado de desulfurización (β) fueron de 56.32 % y 
93.9 % con la adición de NaOH y de 55.25 % y 93.22 % con la adición de Na2CO3, 
respectivamente. 
El PbO y el PbCO3 se redujeron pirometalúrgicamente a 810 y 750 °C 
respectivamente, en un crisol de SiC y un horno eléctrico. Para el óxido de plomo 
se adicionó 0, 11.87, 14.3 y 16.62 % de Na2CO3 y se obtuvo una máxima 
recuperación de plomo del 69.21 % con 14.3% de Na2CO3. Para el carbonato de 
plomo se adicionó 0, 2 y 4 % de C, obteniendo una máxima recuperación de 79.98 
% de plomo con una adición 4 % de grafito. 
Los lingotes y escorias obtenidas se analizaron mediante MEB, DRX y 
Absorción atómica. Se determinó que las escorias están constituidas 
principalmente por silicatos de plomo, óxidos de plomo y en menor medida de 
sulfatos y sulfitos de plomo. 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA xii 
 
Abstract 
In this work, lead paste which mainly consists of lead sulfate, lead oxide and lead 
metal was recovered from acid batteries. The paste was treated 
hydrometallurgically by using two reagents to remove sulfur. The first reagent used 
was a sodium hydroxide solution, while the second one consisted of a sodium 
carbonate solution. It was determined the optimum concentration of both solutions 
was 0.198 N in a volume of 1 L to treat 30 g of paste under normal conditions of 
temperature and pressure. In both processes a precipitate was obtained mostly 
sulfur free. Sulfur free paste consisted mainly of lead oxide and lead carbonate for 
the leaching process with sodium hydroxide and sodium carbonate, respectively. It 
was determined that the reagent utilization degree (α) and the desulfurization 
degree (β) were 56.32 % and 93.9 % to NaOH addition and 55.25 % and 93.22 % 
to Na2CO3 addition, respectively. 
PbO and PbCO3 were pyrometallurgically reduced to 810 and 750 °C 
respectively, in a SiC crucible and a resistance furnace. For lead oxide was added 
0, 11.87, 14.3 and 16.62 % of Na2CO3 and the highest lead recovery of 69.21 % 
was obtained for the addition of 14.3 % Na2CO3. For lead carbonate, 0, 2 and 4% 
of C was added and the highest lead recovery of 79.98% was obtained for the 
addition of 4 % C. 
Ingots and slag obtained were analyzed by SEM, XRD and atomic 
absorption. It was determined the slag consist mainly of lead silicates, lead oxides 
and in less amount lead sulfates and sulfites. 
 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 1 
 
I. INTRODUCCIÓN 
Debido a que los recursos minerales son limitados y no renovables, el 
reciclaje de metales a partir de desechos ha cobrado una gran importancia, lo que 
ha permitido un avance en el tratamiento de residuos con un impacto ecológico 
favorable. 
Las baterías ácidas de plomo han sido, desde hace mucho tiempo, la fuente 
de energía eléctrica que consumen los automóviles. La creciente demanda del 
parque automovilístico a nivel mundial, propicia que la generación de vehículos en 
desuso y que todoslos residuos vinculados a estos, aumenten de manera 
considerable. Por otro lado, el uso de la batería es limitado puesto que tiene un 
promedio de vida útil entre 3 y 4 años ocasionando que la generación de baterías 
fuera de uso alcance valores muy elevados y en continuo crecimiento alrededor 
del mundo. 
Aproximadamente el 80 % del plomo comercializado en el mercado 
internacional se emplea en la fabricación de baterías de plomo, debido a que la 
vida útil de las mismas es limitada, se podría llegar a la conclusión que la materia 
prima está lista para ser reutilizada. 
Las fuentes principales de plomo son los sulfuros minerales y la galena 
(PbS), los cuales son utilizados para la producción metalúrgica primaria. 
En la producción metalúrgica secundaria el plomo proviene principalmente 
del reciclaje de baterías de plomo y en menor medida de chatarras de plomo. La 
batería está constituida por: 
a) Compuestos de plomo: el cual constituye el 80 % del peso total de la 
batería y son separados en rejillas (compuestas casi en su totalidad por 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 2 
 
plomo metálico) y la pasta de plomo (compuesta principalmente por PbSO4, 
y en menor medida por Pb, PbO2 y PbO) 
b) Polipropileno y separadores (materiales plásticos): constituyen el 8% del 
peso total de la batería. 
c) Electrolito (agua con ácido sulfúrico): es el 12% del peso total de la batería. 
Los componentes de la batería se separan, la pasta y las rejillas, debido a 
su composición, se funden en un horno reductor por separado. 
La eliminación de azufre es un punto importante en la reducción de 
contaminantes. Éste proceso se lleva a cabo en cualquiera de las siguientes 
formas: 
a) Mediante la producción de gas SO2 en la reducción carbotérmica del PbSO4 
(proceso altamente contaminante). La reacción que se lleva a cabo es la 
siguiente: 
PbSO4 + C  Pb + SO2 + CO2 (1) 
b) Por la conversión hidrometalúrgica del PbSO4 a Pb(O, OH, CO3) por 
reacción con carbonatos alcalinos acuosos (CO32-) o hidróxidos (OH-) 
(proceso amigable con el ambiente). 
El consumo de energía en la reducción carbotérmica es muy elevado y la 
reducción del sulfato de plomo conduce a una considerable emisión de dióxido de 
azufre (SO2), el cual es un gas altamente tóxico. 
En cuanto a la conversión hidrometalúrgica, el consumo de energía es muy 
bajo comparado con el proceso pirometalúrgico, ya que al reducir estos productos 
con carbono en el horno se minimizan las emisiones de dióxido de azufre [1]. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 3 
 
Las crecientes restricciones medioambientales y la falta de rentabilidad de 
las fundiciones tradicionales, han propiciado el desarrollo de modernas 
tecnologías en el campo de la hidrometalurgia para el reciclaje de baterías usadas. 
Los métodos hidrometalúrgicos propuestos están enfocados a la recuperación de 
plomo a partir de las pastas. Por éste motivo, el plomo metálico y sus aleaciones, 
extraídas de las placas y las rejillas seguirán siendo tratados 
pirometalúrgicamente. Por lo que las alternativas ideadas no consisten en la 
sustitución total de los procesos pirometalúrgicos, sino en el trabajo paralelo de 
ambos métodos. 
El presente trabajo se enfoca a recuperar plomo metálico a partir de las 
pastas mediante una combinación de procesos hidro-pirometalúrgicos. 
La parte hidrometalúrgica permite alcanzar una disminución del 95% en 
cuanto a las emisiones de SO2 por la conversión del sulfato de plomo a carbonato 
de plomo o bien a hidróxido de plomo, antes de ser introducido al horno. 
De igual manera se reducen las emisiones de CO2 en aproximadamente un 
15%, debido a las reacciones que sufren el carbonato de plomo o el hidróxido de 
plomo en comparación con el sulfato de plomo. 
Puesto que el carbonato de plomo tiene un punto de fusión de 550-600°C y 
el sulfato de plomo tiene un punto de fusión de 1100°C, el consumo de energía es 
mucho menor por lo cual hay un aumento en la productividad del horno y, por lo 
tanto, es más económico tratar la pasta de plomo por esta vía. 
En base a lo anterior, el objetivo de este trabajo fue llevar a cabo un 
pretratamiento de las pastas obtenidas a partir de las baterías de plomo ácido por 
técnicas hidrometalúrgicas para desulfurar la pasta en soluciones de NaOH y 
Na2CO3 a temperatura ambiente y posteriormente mediante fusión y tratamiento 
con escorias obtener plomo metálico. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 4 
 
II. ANTECEDENTES 
El plomo es un metal, el cual está rodeado de importante descrédito debido 
a su carácter contaminante, sin embargo muchas de sus propiedades químicas y 
físicas favorables como son: la maleabilidad, ductilidad, alta densidad y su 
resistencia a la conductividad y a la corrosión, han propiciado que se extiendan las 
aplicaciones del mismo entre las cuales se encuentran: los revestimientos 
absorbentes de rayos-x, forros protectores para cables (eléctricos, de televisión, 
internet, etc.), materiales de construcción, material de soldadura, municiones, 
fabricación de pigmentos sintéticos y como químico para la refinación del petróleo. 
Recientemente con las nuevas tecnologías se han desarrollado compuestos 
órgano-plúmbicos para catalizadores en la fabricación de espuma de poliuretano; 
para evitar la incrustaciones en los cascos de los barcos a través de las pinturas 
navales; en la protección de la madera contra el ataque de hongos marinos, como 
preservador del algodón contra la descomposición y el moho, inhibidor de la 
corrosión del acero; sin embargo, su mayor aplicación se encuentra en la 
elaboración de baterías de plomo ácidas para la industria automotriz [1]. 
El International Lead and Zinc Study Group (ILZSG) [2] indica que alrededor 
del 80% de todo el plomo se destina a esta aplicación. 
En la figura 1 se muestra el porcentaje del uso del plomo en la manufactura 
de diversos productos para el año 2010 [2]. 
 
Figura 1. Usos del plomo en 2010 [2]. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 5 
 
Según el Consejo Internacional sobre Baterías (Battery Council 
Internacional, BCI), gran parte del plomo, en particular las baterías de plomo 
ácido, se recupera y reutiliza. 
De acuerdo con las cifras del ILZSG [3], la producción minera global de 
plomo creció de 4.99 a 5.31 millones de toneladas en el 2013. China es el principal 
productor al aportar el 54% del total global, le sigue Australia y Estados Unidos. 
México ocupó elquinto lugar con una participación del 4.5%. La figura 2 muestra 
la producción mundial de plomo por países. 
 
 
Figura 2. Producción mundial de plomo 2013 [3]. 
De acuerdo con cifras del INEGI, la producción minera nacional anualizada 
de plomo alcanzó las 253,361 toneladas, un incremento de 15,270 toneladas con 
relación a 2012, situándose por cuarto año consecutivo con un nuevo máximo en 
cuando menos tres décadas. La figura 3 muestra la participación en la producción 
minera de plomo en México por estado en el 2013. Los principales estados 
productores de plomo en México son Zacatecas (51.7 %) y Chihuahua (22.4 %). 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 6 
 
 
Figura 3. Producción nacional de plomo 2013 [3]. 
En México alrededor del 80 % de la producción total de plomo es destinada 
a la fabricación de baterías de plomo ácidas y aproximadamente el 80 % de dichas 
baterías son recicladas. Existen 255 compañías que manejan plomo en México; El 
mayor productor de baterías de plomo en México es Enertec, con 
aproximadamente el 75 por ciento de participación total en el mercado mexicano. 
Enertec opera como subsidiaria de la empresa estadounidense Johnson Controls 
Inc. y sus marcas en México incluyen LTH, América, Full-Power, Diener, Cronos, 
Monterrey, Hitec y Nation Wide. En la actualidad, Johnson Controls de México 
tiene cuatro plantas de fabricación de baterías y dos de reciclaje. 
II.1 Propiedades del plomo 
El plomo presenta un color gris metálico que pasa de brillante, cuando se 
pule, a gris plomo azulado, cuando se oxida con los agentes atmosféricos. Cuando 
se expone a un ambiente húmedo se pasiva recubriéndose de un carbonato 
básico insoluble, además su maleabilidad y facilidad para soldar a baja 
temperatura, le hizo ideal para conducir agua potable. El empleo de tuberías de 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 7 
 
plomo fue una práctica habitual hasta la década de los 70´s hasta que su 
solubilidad en el agua restringió esta aplicación. 
II.1.1 Propiedades físicas y químicas 
Entre las propiedades físicas destaca su alta densidad, bajo punto de 
fusión, y el ser blando y maleable lo que permite trabajarlo con facilidad, 
fundamentalmente, para producir chapas delgadas y tubos. En la tabla 1 se 
enlistan las propiedades físicas de este metal. 
Tabla 1. Propiedades físicas del plomo. 
Propiedad Unidad Valor 
 
Densidad 
Punto de fusión 
Punto de ebullición 
Calor latente de fusión 
Calor latente de vaporización 
Presión de vapor 
Calor específico medio 
 
Conductividad térmica 
 
Tensión superficial líquido 
Viscosidad dinámica 
 
Susceptibilidad magnética (20°C) 
Coeficiente de expansión lineal 
Dureza Brinell (20°C) 
Módulo de Young 
Estirado (barra 5cm) 
Resistencia a la tracción 
 
g/cm3 
°C 
°C 
J/g 
J/g 
KPa 
J/g.K 
 
W/m.K 
 
MN/m 
MPa.s 
 
H/m.kg 
K-1 
 
GPa 
% 
MPa 
 
A 20°C (11.336) 
327 
1,740 
23.4 
862 
980°C: 0.133 
0-100°C: 0.131 
0-300°C: 0.136 
0°C: 0.355 
300°C: 0.316 
327°C:444 
273°C: 2.75 
500°C: 1.96 
-1.5x10-9 
20-300°C: 31.3 x10-6 
2.5-3.0 
16.5 
50 
A 20°C(14) 
A 150°C(5) 
 
La tabla 2 muestra las principales propiedades químicas del plomo. 
 
 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 8 
 
Tabla 2. Propiedades químicas del plomo. 
Propiedad Unidad Valor 
Sistema periódico 
Número atómico 
Configuración electrónica 
Valencia 
Peso atómico 
Radio atómico 
Sistema cristalino 
Isótopos 
Radio iónico 
 
Equivalente electroquímico 
Potencial de reducción estándar 
 
Electronegatividad 
 
 
 
 
 
nm 
 
 
nm 
 
g/A.h 
V 
Grupo 4B 
82 
(Xe) 5s2 5p6 5d10 6s2 6p2 
+2 y +4 
207.21 
0.175 
BCC (parámetro de red: 
0.4939nm) 
208, 206, 207 y 204 
(+2): 0.118 
(+4): 0.070 
3,865 
Pb2+: -0.126 
Pb4+: 0.784 
1.6 
 
II.2 Obtención del plomo 
La pirometalurgia tiene restringido su campo de aplicación al tratamiento de 
menas o concentrados con leyes relativamente altas. No es rentable que se utilice 
este sistema para minerales de baja ley, por otro lado, para estos minerales se 
utilizan las técnicas hidrometalúrgicas. 
 Los principales factores determinantes en la elección de un proceso de 
extracción se basan en los siguientes puntos: 
1. Naturaleza de la materia prima (mineral o chatarra) 
2. La cantidad del material metálico a producir 
3. Factores económicos 
4. Pureza del producto 
5. El desarrollo de nuevas tecnologías 
6. La explotación de propiedades especificas 
 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 9 
 
II.2.1 Metalurgia primaria del plomo 
La metalurgia primaria consiste en obtener el metal a partir del tratamiento 
de las menas. Las fuentes principales de plomo son los sulfuros minerales y la 
galena (PbS). La figura 4 muestra el proceso de obtención de plomo primario el 
cual consiste básicamente de cuatro etapas: 
1. Concentración 
2. Oxidación de los sulfuros 
3. Reducción 
4. Afino del plomo 
 
Figura 4. Diagrama de flujo del proceso metalúrgico primario del plomo. 
En la etapa de concentración, la galena se tritura y muele para separarla de 
la ganga mediante flotación. La etapa de oxidación de los sulfuros consiste en un 
proceso de tostación, en donde todos los sulfuros de plomo se transforman en 
óxidos. Con la adición de cal en condiciones oxidantes se obtienen óxidos de 
plomo (PbOx). En este proceso hay un gran desprendimiento de dióxido de azufre 
(SO2) el cual es considerado como gas altamente contaminante y tóxico. 
Galena 
Trituración y molienda 
Separación por flotación 
(Concentración) 
Oxidación de los 
sulfuros de plomo 
Horno reductor Plomo de 
obra Separación de otros 
materiales 
Afino del plomo 
Plomo metálico 
Sílice Cal 
Escoria 
Fe Carbón 
(coque) 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 10 
 
La etapa de reducción utiliza coque y Fe para reducir los óxidos de plomo, 
lo cual ocasiona que la escoria sea ferrosocálcica. El plomo obtenido en esta 
etapa contiene muchas impurezas. A este plomo se le denomina “plomo de obra” 
o “bullion”. 
La etapa de afino del plomo de obra, es un paso necesario para remover 
impurezas del metal como cobre, hierro, cinc,estaño, arsénico antimonio y 
bismuto, además de los metales preciosos plata y oro. El afino del metal se hace 
por procesos pirometalúrgicos y muy rara vez (menos del 10 % del Pb total) se 
efectúa un afino electrolítico el cual es casi exclusivo de las menas con alto 
contenido de bismuto puesto que el proceso convencional es caro y complejo 
[8,9]. 
II.2.2 Metalurgia secundaria del plomo 
La recuperación de plomo a partir de chatarra y productos de desecho 
(principalmente baterías plomo-ácido) es otra aplicación de las técnicas extractivas 
que se ha vuelto cada vez más importantes, como respuesta a la exigencia de 
conservar las escasas reservas naturales. Al reciclar las baterías no solamente se 
consigue un beneficio industrial al obtener el metal con un menor consumo de 
energía, sino que se evita un problema contaminante de gran importancia como el 
confinamiento inadecuado de dichas baterías en basureros a cielo abierto o 
rellenos sanitarios, en los que el ácido de las mismas y el plomo podrían deteriorar 
gravemente los mantos freáticos por la lixiviación de dichos contaminantes, así 
como daños al suelo y en general al medio ambiente. 
El reciclado de las baterías en países desarrollados como los de América 
del Norte y Alemania, supera el 90 %. Un diagrama de reciclado de plomo a nivel 
industrial se presenta en la Figura 5. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 11 
 
 
 
Figura 5. Diagrama de flujo general para el reciclado de plomo [15]. 
 
El proceso inicia con la separación de los componentes no metálicos de los 
metálicos de la batería, mediante el proceso de trituración y clasificación física, de 
esta manera los componentes orgánicos reutilizables se recuperan para su 
posterior tratamiento y venta. 
Los componentes que contienen plomo son enviados a la etapa de 
reducción de la cual se obtiene plomo de obra o bullion. Finalmente, éste pasa a la 
etapa de afino para remover impurezas tales como cobre, estaño, arsénico, 
antimonio y plata. Obteniendo el plomo puro listo para su venta. 
 
CHATARRA DE 
BATERÍA 
RESIDUOS DE 
PLOMO 
CHATARRA DE 
PLOMO 
“CHIPS” DE 
POLIPROPILENO 
SEPARACIÓN 
SEPARADORES DE 
CAUCHO 
ENDURECIDO (A 
VERTEDEROS) 
FINOS 
METÁLICOS 
REDUCCIÓN, FUNDICIÓN 
CONCENTRACIÓN AFINO, ALEACIÓN 
ESCORIA A 
VERTEDEROS 
PLOMO BULLION 
PLOMO 
SUBPRODUCTOS 
GRANULOS DE 
POLIPROPILENO 
PARA VENTA 
PLOMO DÚCTIL 
PLOMO-CALCIO 
PARA VENTA 
PLOMO ANTIMONIAL 
PARA VENTA 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 12 
 
II.3 La batería de plomo-ácido 
En 1859, G. Planté (1834-1889) construyo la primera batería secundaria 
con el objetivo de sustituir pilas que se usaban en aquellas épocas en telegrafía. 
El diseño básico de la celda constaba de dos láminas de plomo sumergidas en 
ácido sulfúrico como electrolito [10]. 
Planté, diseñó los electrodos basados en láminas de plomo como ánodos, 
mientras que los cátodos los obtuvo a partir de la corrosión de las láminas de 
plomo, lo cual originaba la formación de una capa de óxido de plomo en la 
superficie. Fauré modificó en 1880, el diseño de los electrodos sustituyendo la 
corrosión de láminas por el revestimiento de aquellas con una pasta de óxido de 
plomo y ácido sulfúrico, lo que provocaba un aumento significativo en la superficie 
de contacto del material activo con el electrolito y esto mejoró la capacidad de la 
batería [10]. Los componentes fundamentales de la batería son: 
Ánodo: está constituido por la especie que espontáneamente se oxida, 
cediéndole electrones al circuito externo, la generación de los electrones origina 
una carga negativa sobre el electrodo, lo que determina su polaridad negativa. El 
material activo en el caso de las baterías ácido-plomo está compuesto por 
cristales aciculares de plomo metálico que proporcionan una elevada superficie y 
buena conductividad eléctrica. 
Cátodo: consiste en una especie oxidante que recolecta los electrones 
liberados por el ánodo a través de un circuito externo los cuales se consumen 
durante su reducción en la reacción electroquímica. El cátodo es el polo positivo 
de la celda. El material activo es el dióxido de plomo (PbO2), en el cual se forma la 
capa del PbSO4. 
Rejillas: Las rejillas tienen que sostener el material electródico y actuar 
como colector de la corriente que llega del circuito externo. Debido a la buena 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 13 
 
conductividad del plomo y su bajo punto de fusión, es usado como material 
principal de la rejilla. 
Electrolito: Su propiedad principal es la de ser un buen conductor iónico y 
mal conductor electrónico. En este caso el electrolito es H2SO4 y H2O. 
Separadores: Los separadores son láminas aislantes de material poroso 
situado entre el ánodo y el cátodo el cual impide su contacto. 
II.3.1 Funcionamiento de la batería de plomo 
La reacción global electroquímica que ocurre en las baterías plomo-ácido es 
la siguiente: 
Ánodo: Pb(s) + HSO4-(l) PbSO4(s) + H+(l) + 2e- (2) 
Cátodo: PbO2(s)+ 3H+(l) + HSO4-(l) + 2e-PbSO4(s) + 2H2O(l) (3) 
Global: Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(l) 2PbSO4(s) + 2H2O(l) (4) 
Estas reacciones tienen lugar en los procesos de descarga, carga y 
autodescarga. Procesos que se describen a continuación. 
Descarga: durante este proceso, la combinación del ácido sulfúrico con 
plomo y dióxido de plomo produce sulfato de plomo en ambos electrodos. El 
PbSO4 formado como producto de la reacción electroquímica es un mal conductor 
eléctrico. Se deposita como una capa densa de grano fino que puede pasivar a 
ambos electrodos llegando a reducir su capacidad hasta valores del orden de 5 a 
10 % de su capacidad teórica según la corriente empleada. 
Autodescarga: Otro factor que afecta la capacidad, es el tiempo de 
almacenamiento de baterías en circuito abierto durante periodos largos. Durante 
este tiempo se origina una disminución de la capacidad debido a la inestabilidad 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 14 
 
de los electrodos en contacto con el ácido sulfúrico según las reacciones 
siguientes: 
Ánodo: Pb(s) + HSO4-(l) + H+(l)PbSO4(s) + H2(g) (5) 
Cátodo: PbO2(s) + HSO4-(l) + H+(l)PbSO4(s) + H2O(l) + 1/2O2(g) (6) 
La cinética de estos procesos de autodescarga depende de la temperatura, 
de la composición del electrolito y el contenido de impurezas u otros elementos en 
los electrodos. Un ejemplo de lo último mencionado es la presencia de antimonio 
en las rejillas, esto ocasionaque se acelere la reacción de autodescarga. 
Carga: si la batería está bien diseñada y el proceso de carga es correcto, la 
batería puede dar muchos ciclos de carga y descarga. Durante la carga, el sulfato 
de plomo es reducido a plomo en el ánodo y oxidado a PbO2 en el cátodo. La 
respuesta del potencial de la celda es una subida inmediata de voltaje debido 
principalmente al incremento repentino de la densidad del electrolito en los poros 
del material activo. La posterior subida de voltaje es progresiva y está gobernada 
por la velocidad de producción de ácido en los electrodos y su difusión en el seno 
de electrolito. 
Para conseguir una carga completa se requiere en ocasiones descargar la 
batería, lo que origina una reacción colateral de descomposición del agua, 
denominada electrólisis, según las siguientes reacciones: 
Ánodo: 2H+(l) + 2e- H2(g) (7) 
Cátodo: 2H2O(l) O2(g) + 4e- + 4H+ (8) 
Como resultado del proceso de gasificación, la eficiencia del proceso de 
carga oscila entre 85-90%. Estos valores varían según la profundidad de descarga 
y la velocidad de carga. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 15 
 
En una batería nueva, los denominados componentes activos (plomo 
esponjoso y dióxido de plomo) están en una proporción 1:1, pero los sucesivos 
procesos de carga y descarga alteran está proporción, así como la concentración 
de ácido sulfúrico en el electrolito [11]. Debido a este deterioro paulatino, la batería 
completa su ciclo de vida al no ofrecer electricidad a un voltaje suficiente, se 
estima que dura entre 250 y 750 ciclos. Existe la posibilidad de cargar la batería 
de plomo externamente, mediante una fuente de corriente, pero este proceso 
suele llevarse a cabo tan sólo en aplicaciones de mucho consumo de energía 
eléctrica. 
En la figura 6 se muestran los principales componentes de una batería. 
 
Figura 6. Partes de una batería plomo-ácido. 
II.3.2 Composición de la batería de plomo 
Después de cientos de ciclos de carga y descarga, llega un ciclo de 
descarga en el cual la batería queda completamente descargada, en éste 
momento termina su vida útil. En éste estado los acumuladores están 
impregnados de una mezcla de compuestos de plomo denominada pasta de 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 16 
 
plomo. Aquí predomina el producto de descarga de la batería, el cual es el sulfato 
de plomo (PbSO4), pero también aparece plomo esponjoso (Pb), dióxido de plomo 
(PbO2) y, en menor medida, óxido de plomo (PbO) y partículas metálicas de plomo 
que se desprenden de las rejillas por desgaste. El electrolito, tras la descarga final, 
varía considerablemente su composición. El electrolito es una disolución de ácido 
sulfúrico de alta pureza y una concentración en peso cercana al 30%. En una 
batería de plomo agotada la concentración en ácido sulfúrico del electrolito 
disminuye hasta un 10-15 %. También se encuentran en disolución iones de 
metales pesados e impurezas, en cantidades suficientes como para preocuparse 
por la recuperación del mismo para evitar daños en el ambiente. 
El resto de materiales como son, la caja, los bornes, los separadores y las 
placas, pese a que han tenido cierto desgaste, se pueden recuperar casi en su 
totalidad. 
Una batería de plomo fuera de uso tiene un peso aproximado de 15 kg y su 
composición aproximada se muestra en la tabla 3. 
Tabla 3. Composición aproximada de una batería de plomo fuera de uso [12]. 
 
Material Peso (kg) % peso 
Pasta de plomo (Pb esponjoso, PbSO4, PbO2 y PbO) 5.850 39 
Plomo metálico y aleaciones de plomo 5.100 34 
Ácido sulfúrico diluido (10 – 15%) 1.650 11 
Polipropileno 1.050 7 
Ebonita 0.750 5 
PVC 0.300 2 
PE 0.150 1 
Acero 0.090 0.6 
Vidrio 0.060 0.4 
Total 15.000 100 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 17 
 
La pasta es una mezcla de compuestos de plomo que supone la mayor 
proporción en peso de la batería usada y tiene un alto contenido en plomo, 
alrededor de un 80 % en peso, como se muestra en la tabla 4. 
Tabla 4. Composición aproximada de la pasta de plomo [12]. 
Material % peso Masa (kg) % peso de Pb Contenido en Pb (kg) 
Sulfato de plomo (PbSO4) 50 2.925 63.8 1.998 
Plomo esponjoso (Pb) 20 1.17 100 1.17 
Dióxido de plomo (PbO2) 20 1.17 86.6 1.014 
Óxido de plomo (PbO) 10 0.585 92.8 0.543 
Total 100 5.85 80.765 4.725 
Debido al alto contenido de plomo en la pasta de las baterías y al gran 
consumo de las mismas, la recuperación de plomo mediante la batería de plomo 
es redituable. 
II.4 Obtención de plomo a partir de las baterías de autos 
Una vez que las baterías de plomo fuera de uso han llegado a las plantas 
recuperadoras, comienza la etapa del reciclaje, en la que también los parámetros 
tecnológicos, medioambientales y económicos, definen la eficacia de los procesos 
que se llevan a cabo en las plantas [14]. 
La Figura 7 muestra un diagrama de flujo típico del reciclado del plomo 
secundario. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 18 
 
 
Figura 7. Diagrama de flujo del proceso metalúrgico secundario [12]. 
El reciclado de las baterías inicia con la separación de componentes. En 
esta etapa, primero se extrae el ácido sulfúrico del electrolito y a continuación, se 
trituran las baterías para proceder a la clasificación de materiales. Se separan los 
diversos componentes de las baterías mediante separaciones hidrodinámicas, que 
se basan en la ley de Stokes para separar el plomo y sus componentes de los 
separadores y la carcasa por su diferencia de densidad [13]. 
Normalmente para la recuperación del plomo de la batería se emplean 
procesos pirometalúrgicos tradicionales. En la mayoría, se introducen 
simultáneamente la pasta de plomo y el plomo metálico en un horno reductor. La 
temperatura necesaria para fundir el plomo metálico de las placas y las rejillas, es 
relativamente baja (por debajo de los 400 °C), pero para reducir los óxidos y el 
sulfato de plomo de la pasta, se necesitan alcanzar temperaturas de 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 19 
 
aproximadamente 1100ºC. El consumo de energía que requiere el trabajo de este 
primerhorno es enorme. Además, si no se trata la pasta de plomo, la reducción 
del sulfato de plomo conduce a una considerable emisión de dióxido de azufre, 
SO2, gas altamente tóxico. Tras la salida del primer horno de plomo de baja 
pureza, también denominado plomo de obra, se procede al refinado. De la unidad 
de refinado se extrae plomo puro o refinado, de una pureza igual o superior al 
99.97%. A partir de éste se producen lingotes de plomo refinado y aleaciones de 
plomo. 
El alto consumo de energía, así como la generación de elevadas cantidades 
de gases tóxicos, cenizas y las escorias, propician la búsqueda de alternativas a 
los procesos pirometalúrgicos tradicionales. La adición de compuestos en el horno 
reductor, con el fin de reducir la generación de SO2 y la temperatura de trabajo, es 
una de las soluciones, pero la verdadera alternativa consiste en el tratamiento 
separado de los compuestos metálicos de plomo y sus aleaciones por un lado, y 
de la pasta de plomo por otro. 
Al tratar la pasta por separado, sobre todo mediante procesos de 
desulfurización, las emisiones de SO2 se reducen. Estos procesos resultan caros 
y, aunque son más ecológicos que los tradicionales, suponen la generación de 
nuevos residuos. 
 
II.4.1 Eliminación de azufre 
La eliminación de azufre se puede realizar de dos maneras: 
 
1) Mediante la producción de gas SO2 en la reducción carbotérmica del 
PbSO4. 
 
2) Mediante la conversión hidrometalúrgica del PbSO4 a Pb(O, OH, CO3) 
por reacción con carbonatos alcalinos acuosos (CO32-) o hidróxidos (OH-). 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 20 
 
II.4.1.1 Proceso de la reducción carbotérmica 
En esta etapa se considera la producción de SO2 a partir del proceso 
carbotérmico pirometalúrgico y la captura de azufre por el lavado de SO2. 
En la producción de SO2 a partir del proceso carbotérmico pirometalúrgico, 
la pasta de la batería se reduce carbotérmicamente de acuerdo con las siguientes 
reacciones las cuales se pueden llevar a cabo en un horno rotatorio o un horno de 
reverbero. 
PbO2 + calorPbO+ 1/2O2 (9) 
PbO + C  Pb + CO (10) 
PbSO4 + 4Pb  4PbO + PbS (11) 
2 PbO + PbS  3Pb + SO2 (12) 
CaO + PbS  PbO + CaS (13) 
CaS + 3PbO  3Pb + CaO + SO2 (14) 
CaS+ 3/2O2CaO+SO2 (15) 
La termodinámica del proceso se describe en el diagrama de Ellingham de 
la figura 8. 
 
Figura 8. Diagrama de Ellingham de la fundición de plomo secundario [15]. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 21 
 
El diagrama de Ellingham indica que se necesita una temperatura mayor a 
1500 °C para reducir el PbSO4 para formar Pb, PbS y SO2, si no se rige por el 
principio de Le Châtelier. La cal (CaO) es muy importante en la eliminación de SO2 
del PbSO4. Una cantidad suficiente de cal puede ser suministrada para liberar el 
azufre como SO2. La adicción de un exceso de C no ayuda a producir más plomo 
del PbSO4, porque promueve la formación de PbS de acuerdo con la ecuación 
(16). 
PbSO4 + 4C PbS + 4CO (16) 
Por lo tanto, el carbono no elimina el azufre. Por otra parte, esto produce 
una mata (PbS) y una escoria con alto contenido de plomo. En la figura 9, el 
diagrama de Ellingham muestra que el PbS es estable en todo el intervalo de 
temperaturas de 500 a 2000 °C. 
 
Figura 9. Diagrama de Ellingham de la mata PbS-FeS[12]. 
Captura del azufre mediante el lavado de SO2: El SO2 proveniente de la 
operación pirometalúrgica es realizado por un lavado de gases mediante la 
reacción con carbonatos e hidróxidos en solución acuosa como se indica en las 
reacciones (17 a 21). El catión usado para los carbonatos y/o hidróxidos puede ser 
sodio o calcio para producir Na2SO4 o CaSO4 como subproducto para su venta o 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 22 
 
disposición. El SO2 en los gases de combustión es disuelto en una solución 
alcalina acuosa produciendo agua con altas concentraciones de sulfato de sodio. 
SO2(g) + H2O(l)  H2SO3(l) (17) 
2H2SO3(l) + Na2CO3(l)  2NaHSO3(l) + H2O(l) + CO2(g) (18) 
2NaHSO3(l) + O2(g)  Na2SO4(l) + H2O(l) (19) 
2NaHSO3(l) + Na2CO3(l)  2Na2SO3(l) + H2O(l) + CO2(g) (20) 
2Na2SO3(l) + O2(l)  2Na2SO4(l) (21) 
Las sales de sulfito absorben el oxígeno, las cuales son estables en 
soluciones básicas e inestables en soluciones ácidas, descomponiéndose en SO2. 
A concentraciones más bajas, el sulfito se oxida fácilmente por el oxígeno a sulfato 
(21). La formación de sulfito es reversible con el pH (20), mientras que la reacción 
de formación del sulfato no lo es (19). 
El diagrama Eh-pH para el sistema S-Na-H2O, presentado en la figura 10 
indica que el Na2SO4 es la especie predominante en el intervalo de pH de 2 a 14, 
las reacciones de oxidación del sulfito (17-21) se aplican a lavadores alcalinos sólo 
cuando la carga de azufre en el lavador es menor que la velocidad de oxidación de 
sulfito. 
 
Figura 10. Diagrama Eh-pH para sistema de lavado de SO2 [12]. 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 23 
 
El diagrama Eh-pH fue construido a 50°C porque la oxidación del sulfito 
genera una reacción exotérmica y la temperatura de los tanques es normalmente 
≥50°C. 
II.4.1.1.1 Escorias pirometalúrgicas 
Dos tipos generales de escorias se utilizan en el procesamiento 
pirometalúrgico de Pb, una a base de carbonato (Na2CO3), también conocido 
como escoria de sosa y la segunda de silicato de calcio. Las escorias de silicato 
se han vuelto más frecuentes en los últimos años para mitigar los problemas 
relacionados con la lixiviación de elementos residuales dentro de la escoria [12]. 
II.4.1.2 Desulfurización hidrometalúrgica de la pasta de plomo 
El objetivo de los procesos hidrometalúrgicos es el de complementar a los 
procesos pirometalúrgicos, sustituyéndolos en el tratamiento de la pasta, logrando 
un proceso combinado más ecológico y rentable. 
La remoción del azufre mediante procesos hidrometalúrgicos es una opción 
medioambiental favorable. Esta involucra la conversión del sulfato de plomo a 
carbonato, hidróxido o hidroxicarbonato (Pb(CO3)2(OH)2) [16], sin evolución de 
SO2 de acuerdo con las siguientes reacciones. 
PbSO4(s) + 2NaOH(l)  Pb(OH)2(s) + Na2SO4(l) (22) 
PbSO4(s) + Na2CO3(l)  PbCO3(s) + Na2SO4(l) (23) 
3PbSO4(s) + 4Na2CO3(l) + 2H2O(l)  Pb3(CO3)2(OH)2(s) + 3Na2SO4(l) +2NaHCO3(l) (24) 
2PbSO4(s) + 3Na2CO3(l) + H2O  NaPb2(CO3)2OH(s) + 2Na2SO4(l) + 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 24 
 
NaHCO3(l) (25) 
Estas reacciones se basan en el hecho de que el Pb(OH)2 y el PbCO3 
tienen una solubilidad mucho menor comparada con el PbSO4. Con lo cual se 
obtiene un precipitado y esté se reduce en un horno con C para obtener el plomo 
de obra [12]. 
La conversión del sulfato de plomo a carbonato de plomo es de un 85–95 
%. La temperatura para que las reacciones se lleven a cabo es entre 30 y 40 ºC al 
inicio y de 50 a 55ºC al finalizar, puesto que en ese intervalo la solubilidad del 
sulfato de sodio es máxima, favoreciendo la floculación y separación de los 
compuestos de plomo de la pasta. También se tiene control del pH el cual debe 
ser de 8 aproximadamente [22]. 
En el caso de la desulfurización con hidróxido de sodio, el intervalo de 
concentración adecuado es de 20 – 40 g/L, y la temperatura de 50°C, de acuerdo 
a la relación estequiométrica [OH-]:[SO2-4] de 2:1, el grado de desulfurización es de 
94 – 96 % [22]. 
Se requiere un exceso de 10 a 20 % de álcali con respecto a la 
estequiometria de la reacción para incrementar la conversión del sulfato de plomo 
(II). Sin embargo, con un exceso de álcali, una menor cantidad de iones Pb (II) 
pasan dentro de la solución, por tanto, se requerirá la adición de ácido sulfúrico 
para precipitarlos. Por otro lado, en el proceso de desulfurización de las pastas 
con carbonato de sodio se requiere un exceso de los reactivos de acuerdo a la 
reacción (23). En este caso, los iones de plomo (II) no son detectados en solución 
debido al exceso de Na2CO3 provocando que más del 6 % del total del contenido 
de antimonio en las pastas pasen dentro de la fase acuosa. 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 25 
 
En el diagrama Eh-pH del sistema Pb-C-S-H2O, de la figura 11, indica que 
el PbCO3 es la especie predominante en el intervalo de pH de 5 a 13; por otro lado 
el Pb(OH)2 es la especie predominante a un pH>13. 
 
Figura 11. Diagrama Eh-pH para la desulfurización de PbSO4 con Na2CO3/NaOH [12]. 
Una vez terminada la reacción de desulfurización, el siguiente paso es el 
filtrado a presión, donde se separa la pasta desulfurizada y la solución de sulfato 
de sodio. Posteriormente la pasta es enviada al proceso de reducción. 
La solución de sulfato de sodio resultante es tratada con carbono y se 
vuelve a filtrar para eliminar las impurezas. El resultado es una solución incolora, 
que se introduce a un evaporador, obteniendo cristales de sulfato de sodio anhidro 
de alta pureza (pureza > 99 %, contenido en plomo < 10 ppm). 
Posterior al tratamiento previo de las pastas, la reducción de plomo se lleva 
a cabo calentando la pasta, la cual es una mezcla óxido-carbonato formado 
durante el proceso de desulfurización el cual puede incluir PbO2, PbCO3, 
Pb3(CO2)2(OH)2 y la doble sal NaPb2(CO3)2OH, además es posible la presencia en 
menor cantidad de PbO y PbSO4. La formación de estos compuestos depende del 
proceso de desulfurización. Al comienzo del calentamiento, la pasta se 
descompone térmicamente reaccionando con el oxígeno formando diferentes 
óxidos: PbO2, Pb3O4, PbO, Pb2O3, Pb12O17. Al descomponerse el PbCO3 a bajas 
presiones de CO2 (‹1 atm) sólo se presenta la formación intermedia de una 
especie: 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 26 
 
PbCO3 PbCO3∙PbO PbO (26) 
A presiones moderadas de CO2 (~1atm), dos fases intermedias son 
formadas: 
 PbCO3 PbCO3∙ PbO PbCO3∙ PbO PbO (27) 
La reducción con carbono sólido puede ocurrir por las siguientes reacciones: 
 
PbO+ C  Pb+ CO ΔH°1148.15 K= 101.535 kJ (28) 
ΔG°1148.15K = -107.690 kJ 
 
PbO+ CO  Pb+ CO2 ΔH°1148.15K= -67.727 kJ (29) 
ΔG°1148.15K= -80.104 kJ 
La siguiente reacción juega un papel importante en el proceso de reducción: 
C + CO2  2CO (30) 
El concepto más aceptado sobre la reducción de óxidos metálicos por carbono 
sólido es la importancia que radica en la fase gas y monóxido de carbono (CO) 
más que el carbono sólido [15]. 
II.4.2 Refinación de plomo 
El afino del plomo bruto, o bullion, es un paso necesario pues el metal se 
obtiene con diversas impurezas como cobre, hierro, cinc, estaño, arsénico, 
antimonio y bismuto, además de los metales preciosos plata y oro, 
fundamentalmente. El contenido de estos metales depende de la mena y el 
proceso. El cobre, arsénico, antimonio, bismuto y a veces, estaño y plata pueden 
estar en bajos contenidos (algunas decenas de ppm) hasta alcanzar el 2 %; los 
otros metales (hierro, zinc y oro) normalmente no superan el 0.5 %. 
Por medio de tratamientos de afino, se consigue bajar el contenido de los 
metales mencionados hasta niveles aceptables. Esta purificación se hace para 
(200℃) (310℃) 
(300℃) (310℃) (410℃) 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 27 
 
conseguir ablandar el metal y otras veces, para evitar la coloración que los 
metales disueltos aportan al óxido blanco. 
El afino del metal se hace por procedimientos pirometalúrgicos y muy rara 
vez (menos del 10 % del Pb total obtenido) se efectúa un afino electrolítico. 
II.5 Estado del Arte 
Para establecer las bases experimentales de éste proyecto se revisó la 
literatura relacionada con el tema en la cual se observó que se han realizado 
algunos estudios sobre la desulfurización de la pasta de plomo y la obtención del 
plomo mediante procesos hidrometalúrgicos dentro de los cuales se destacan los 
siguientes artículos: 
T.W. Ellis y colaboradores [12] en el año 2010 describe el reciclado de las 
baterías plomo-ácido desde su tratamiento en cuanto a la separación de los 
diferentes componentes de la batería hasta los procesos pirometalúrgicos e 
hidrometalúrgicos requeridos para obtener plomo metálico. La desulfurización de 
la pasta de plomo se llevó a cabo mediante la adición de Na2CO3 o NaOH. 
Utilizaron el método FLUBER para obtener plomo por electrodeposición, el cual 
utiliza como electrolito ácido fluobórico, como ánodo grafito y como cátodo plomo 
metálico puro. Este método fue desarrollado por Engitec Impianti en Milán, Italia. 
H. Y. Lee [15] en el 2009 describe el tratamiento del polvo de plomo 
generado por el proceso de recuperación de plomo de las baterías de los 
automóviles, por procesos hidrometalúrgicos comoson la sulfatación con ácido 
sulfúrico o carbonatación con carbonato de sodio, de acuerdo a la composición del 
polvo de plomo generado. 
R.K.K. Mbaya y colaboradores [16] Describe el proceso de lixiviación con 
carbonato de sodio y gas de dióxido de carbono el cual se hizo burbujear a través 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 28 
 
de una solución de carbonato de sodio a 20 °C para formar carbonato de 
hidrógeno de sodio que aumenta la transformación de los subproductos en 
PbCO3, el cual redujo las emisiones de dióxido de azufre y la alta cantidad de 
escorias. Los resultados se discuten en cuanto al comportamiento cinético, 
especialmente: curvas de lixiviación, estequiometria de la reacción y el análisis de 
difracción de rayos X de los productos de reacción. 
X. Zhu y colaboradores [17] en el 2013 mencionan que con el fin de 
minimizar la contaminación ambiental a consecuencia del reciclado de la pasta de 
plomo, desarrollaron un método el cual incluye 4 pasos: 1. Desulfuración con 
(NH4)2CO3; 2. Lixiviación realizada con ácido nítrico y H2O2; 3.Carbonatación 
mediante la precipitación del plomo (II) proveniente de la lixiviación con la adición 
de Na2CO3; y 4. Calcinación en donde el carbonato de plomo se convierte 
fácilmente por la descomposición térmica a una temperatura relativamente baja de 
350-450 °C en monóxido de plomo (PbO) o polvos de tetraóxido de plomo (Pb3O4) 
que pueden servir como precursor para la fabricación de nueva pasta de plomo y 
otros productos de plomo. 
J. Pan [18] presentó una tecnología nueva de reciclaje de plomo de los 
residuos de las baterías plomo-ácido, en el que la solución alcalina que contiene 
PbO es directamente electrolizada para producir plomo metálico de alta pureza 
mediante el uso de la membrana de intercambio iónico de sodio. 
D. Lovera [19] en 1999 reportó una selección de aplicaciones 
hidrometalúrgicas en el procesamiento de concentrados sulfurados, siendo 
conocidas como tecnologías limpias. Describe la tecnología hidrometalúrgica de 
lixiviación, extracción por solventes y electrodeposición para evitar la producción 
de SO2. 
X. Zhu y colaboradores [20] plantearon un proceso potencialmente con 
menor impacto ambiental para recuperar el plomo a partir del óxido de plomo ultra-
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 29 
 
fino, el cual es obtenido de la pasta de plomo de las baterías. La pasta de plomo 
se desulfura primero y después se hace reaccionar con ácido cítrico para producir 
citrato de plomo. Por último, el citrato de plomo se calcinó a baja temperatura para 
obtener óxido de plomo ultra-fino. La pasta desulfurizada, el citrato de plomo y el 
óxido de plomo recuperado se caracterizaron por DRX. Se utilizó carbonato de 
plomo para desulfurar la pasta. 
T. T. Chen y colaboradores [21] sometieron la pasta de batería a un 
examen mineralógico para identificar las fases presentes y sus relaciones 
morfológicas así como las reacciones de la pasta de la batería con carbonato de 
sodio y los productos que se forman durante las mismas. 
D. Atanasova y colaboradores [22] realizaron la desulfurización de la pasta 
de plomo proveniente de las baterías gastadas y materiales con alto contenido de 
plomo mediante soluciones de Na2CO3 y NaOH a diferentes concentraciones y 
manteniendo una temperatura de 40°C en dos reactores diferentes (reactor con 
agitador de laboratorio y reactor rotatorio), llegando a la conclusión que la 
concentración óptima para la desulfurización con Na2CO3 es de 155 g/l para 
ambos reactores. 
Para la desulfurización con NaOH, la concentración óptima es de 118 g/l 
para ambos reactores. Obteniendo un grado de desulfurización para el Na2CO3 y 
el NaOH de 93-94 % y 95-96 % respectivamente. 
 
 
 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 30 
 
III. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 
En éste trabajo se realizó un estudio detallado sobre la obtención de plomo 
metálico mediante la combinación de procesos hidrometalúrgicos y 
pirometalúrgicos a partir de la pasta de las baterías plomo-ácidas. 
El tratamiento de las pastas de plomo se realizó mediante la desulfurización 
por métodos hidrometalúrgicos con soluciones preparadas y valoradas de 
hidróxido de sodio y carbonato de sodio a diferentes concentraciones, 
manteniendo la temperatura (temperatura ambiente) y presión atmosférica 
constantes; obteniendo como producto pastas con bajo contenido de sulfatos. Así 
mismo se realizó la reducción de dicha pasta (proceso pirometalúrgico) con 
diferentes adiciones de carbonato de sodio y grafito para obtener plomo metálico 
en un crisol de carburo de silicio. 
El plomo y las escorias obtenidas se caracterizaron por análisis químico, 
DRX y MEB-EDS para identificar las especies presentes. 
III.1 Equipo y materiales 
Para llevar a cabo el tratamiento de la pasta, la reducción de la misma y su 
caracterización se utilizarán los siguientes equipos y materiales: 
a) Equipo 
1. Horno de resistencia (Tmax = 1200 ºC) 
2. Balanza electrónica, SCOUT PRO SP 401 
3. Balanza analítica OHAUS con una capacidad máxima de 110 g y una 
sensibilidad de 0.1 mg 
4. Difractómetro Bruker D8 focus 
5. Microscopio Electrónico de Barrido JEOL 6300 
6. Equipo de absorción atómica Perkin Elmer 
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ARELLANO SOLORIO KARINA 31 
 
7. Transformador variable para controlar la corriente alimentada 
8. Parrilla con agitador magnético 
9. Equipo de filtración (Bomba de vacío, matraz de seguridad, embudo 
büchner y matraz kitasato) 
b) Materiales 
1. Batería plomo- ácido 
2. Hidróxido de sodio, grado reactivo 
3. Carbonato de sodio, Anhidro (polvo) grado reactivo 
4. Ácido Clorhídrico, grado reactivo 
5. Agua destilada 
6. Biftalato de potasio 
7. Anaranjado de metilo 
8. Fenolftaleína 
9. Grafito 
10. Arena sílica J.T. Baker 
11. Tamiz ASTM E-11 #100 
12. Camisas cerámicas para termopar 
13. Crisol de Carburo de Silicio 
14. Mortero de ágata 
15. Termómetro-Termopar tipo K Digi-Sense 
III.2 Desarrollo experimental 
La secuencia experimental que se llevó a cabo para realizar el estudio 
sobre la obtención de plomo metálico mediante la combinación de procesos 
hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos a partir de la pasta de las baterías plomo-
ácidas se describe en la figura 12. 
 
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Figura 12. Diagrama de flujo del procedimiento general experimental para obtener plomo metálico 
a partir de la pasta de la batería. 
La experimentación inicia con el desmantelamiento de la batería, con la 
finalidad de separar todos los componentes de la misma, lo que son: plástico, 
electrolito, partes metálicas y las pastas. Estas últimas son el material de interés. 
DESMANTELAMIENTO 
DELA BATERÍA 
Recuperación de las 
partes metálicas 
Electrolito 
(neutralización del 
H2SO4) 
Plástico PASTAS 
DESULFURIZACIÓN DE LA PASTA 
VÍA HIDROMETALÚRGICA 
 
NaOH Na2CO3 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
PbSO4 + 2NaOH  PbO + Na2SO4 + H2O PbSO4 + Na2CO3 PbCO3 + Na2SO4 
Separación 
Líquido-Sólido 
Separación 
Líquido-Sólido 
Sólido Líquido Sólido Líquido 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
Análisis 
 Químico 
Análisis 
 Químico 
 REDUCCIÓN DE LA PASTA 
VÍA PIROMETALÚRGICA 
 
 REDUCCIÓN DE LA PASTA 
VÍA PIROMETALÚRGICA 
 
Escoria Plomo metálico Escoria 
Plomo 
metálico 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
PbCO3  PbO + CO2 
 
2PbO + C  2Pb + CO2 
T=750°C 
 
 
4PbO + Na2CO3 +SiC4Pb + Na2SiO3 + 2CO2 
T=810°C 
 
 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 33 
 
Posteriormente se realizó la desulfurización de las pastas vía 
hidrometalúrgica mediante 2 etapas diferentes e independientes. 
La primera etapa consiste en tratar la pasta con NaOH en solución, para 
obtener el óxido de plomo (PbO) y la segunda etapa consiste en tratar la pasta con 
Na2CO3 en solución, para obtener el carbonato de plomo (PbCO3) de acuerdo a 
las reacciones que se muestran en la figura 12. 
Posteriormente la pasta desulfurizada se reduce pirometalúrgicamente en 
un crisol de carburo de silicio con diferentes adiciones de Na2CO3 y grafito. 
III.2.1 Desmantelamiento de la batería 
En la figura 13 se representan los pasos que se llevaron a cabo en el 
desmantelamiento de la batería y separación de componentes. 
Figura 13. Diagrama de flujo de la etapa de desmantelamiento de la batería plomo-ácido. 
 
DESMANTELAMIENTO DE 
LA BATERÍA 
Separación del 
electrolito 
(Rotura Manual) 
Extracción del 
ácido (H2SO4) 
Baterías libres de ácido 
Neutralización 
Base Fuerte 
NaOH 
Separación manual de 
componentes 
Plástico 
PASTA DE PLOMO 
Partes Metálicas 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
Tratamiento 
previo de la pasta 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 34 
 
Extracción del ácido sulfúrico: la batería tiene una tapa la cual se encuentra 
localizada entre los bornes, esta se retiró y se procedió con el drenado del ácido 
sulfúrico. Ese ácido se almacenó en un garrafón y se etiquetó para su posterior 
neutralización. 
Neutralización: se llevó a cabo con la adición de una solución de hidróxido 
de sodio 1 N debido a la alta concentración del ácido sulfúrico para su 
confinamiento. Para conocer la cantidad de NaOH 1 N necesario para poder 
neutralizar el ácido de la batería, se realizó una valoración utilizando una muestra 
de dicho ácido de acuerdo a lo establecido en el Anexo I (Procedimiento para 
valorar el ácido de la batería). 
La valoración del ácido sulfúrico se realizó con NaOH 1 N preparado y 
valorado. La valoración del NaOH se realizó con biftalato de potasio como patrón 
primario y fenolftaleína como indicador. 
Separación de componentes: los componentes de la batería se separaron 
manualmente realizando primero el corte de la cubierta superior de forma 
transversal (Figura 14a) para poder tomar muestras de las principales partes 
metálicas que la constituyen como son las rejillas, los bornes, las placas y los 
puentes (Figura 14b) para su análisis químico y posteriormente el 
desmantelamiento completo de la batería (Figura 14c). 
 
 
Figura 14. Fotografías. a) corte transversal de la cubierta, b) partes metálicas, c) desmantelamiento 
de la batería. 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 35 
 
La figura 15 muestra los componentes que constituyen a la batería una vez 
que ha sido desmantelada. 
 
 
Figura 15. Componentes que conforman las baterías. a) Carcasa, b) rejilla con pasta de plomo, 
c) rejilla sin pasta de plomo. 
Las pastas de las baterías plomo-ácido fueron secadas en una estufa a 
100°C y homogenizadas para posteriormente tomar una muestra representativa de 
100 g aproximadamente de pasta gris y negra, las cuales se caracterizaron por 
DRX- MED/EDS y Absorción atómica. 
Las pastas negra y gris se combinaron y se molieron en un mortero de 
ágata haciéndolas pasar por un tamiz malla 100 para caracterizarlas e iniciar el 
proceso de desulfurización. Para homogeneizarlas se colocaron en un recipiente 
sellado sobre unos rodillos y se giró a 25 ± 2 rpm durante 20 minutos. 
III.2.2 Desulfurización de la pasta de plomo vía hidrometalúrgica 
La figura 16 representa el diagrama de flujo de la etapa de desulfurización 
de las pastas. 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
ARELLANO SOLORIO KARINA 36 
 
Figura 16. Diagrama de flujo para la desulfurización de la pasta de plomo. 
La desulfurización por vía húmeda se realizó de dos maneras; la primera 
mediante la reacción de la pasta con una solución de Na2CO3 y la segunda 
mediante la reacción de la pasta con NaOH. La tabla 5 muestra las reacciones que 
se llevaron a cabo, la energía libre y las constantes de equilibrio para cada 
reacción. 
Tabla 5. Parámetros de las reacciones de desulfurización. 
 
Reactivo Reacción ΔG (J/mol) Keq298K Keq343K 
NaOH PbSO4(s) + 2NaOH(l) Pb(OH)2(s) + Na2SO4(l) -52451.1 1.56375x10
9 1.34378x108 
Na2CO3 PbSO4(s) + Na2CO3(l)PbCO3(s) + Na2SO4(l) -41910 2.213x10
7 2.147x106 
DESULFURIZACIÓN DE LAS 
PASTA VÍA 
HIDROMETALÚRGICA 
 
NaOH Na2CO3 
Exceso 
0.198 N NaOH 
 
30g de pasta con 
250, 500 y 1000 ml 
de solución 
 
Exceso 
0.198N NaOH 
30g de pasta con 
250, 500 y 1000 ml 
de solución 
 
Separación 
Líquido-Sólido 
Valoración 
con HCl 
Sólido 
 
Líquido Valoración con HCl 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
Análisis Químico, 
MEB, DRX 
Separación 
Líquido-Sólido 
Líquido 
 
Sólido Valoración con HCl 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://i182.photobucket.com/albums/x253/mexicalien_00/ESIQIE.jpg&imgrefurl=http://comment.myspace.com/index.cfm?fuseaction=user.viewComments&friendID=103973533&usg=__k_g-qNxBeDolAW-zB6WdDnbMWwQ=&h=140&w=150&sz=9&hl=es&start=3&um=1&tbnid=P99pr9_Rtxo_uM:&tbnh=90&tbnw=96&prev=/images?q=esiqie&hl=es&rlz=1T4WZPA_esMX319MX319&sa=N&um
 
 
 
 
 
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