Adattato dalla 3a edizione, Enciclopedia della salute e sicurezza sul lavoro.

Nella produzione e raffinazione dei metalli, i componenti di valore vengono separati da materiale privo di valore in una serie di diverse reazioni fisiche e chimiche. Il prodotto finale è un metallo contenente quantità controllate di impurità. La fusione e raffinazione primaria produce metalli direttamente dai concentrati di minerale, mentre la fusione e raffinazione secondaria produce metalli da rottami e rifiuti di processo. I rottami includono pezzi e pezzi di parti metalliche, barre, torniture, lamiere e fili che sono fuori specifica o usurati ma possono essere riciclati (vedere l'articolo "Recupero metalli" in questo capitolo).

Panoramica dei processi

Due tecnologie di recupero del metallo sono generalmente utilizzate per produrre metalli raffinati, pirometallurgico ed idrometallurgico. I processi pirometallurgici utilizzano il calore per separare i metalli desiderati da altri materiali. Questi processi utilizzano differenze tra potenziali di ossidazione, punti di fusione, tensioni di vapore, densità e/o miscibilità dei componenti del minerale quando vengono fusi. Le tecnologie idrometallurgiche differiscono dai processi pirometallurgici in quanto i metalli desiderati vengono separati da altri materiali utilizzando tecniche che sfruttano le differenze tra le solubilità costituenti e/o le proprietà elettrochimiche mentre si trovano in soluzioni acquose.

pyrometallurgy

 Durante la lavorazione pirometallica, un minerale, dopo essere stato beneficiato (concentrato mediante frantumazione, macinazione, flottazione ed essiccazione), viene sinterizzato o arrostito (calcinato) con altri materiali come polvere di filtri e fondente. Il concentrato viene quindi fuso, o fuso, in un altoforno per fondere i metalli desiderati in un lingotto fuso impuro. Questo lingotto viene quindi sottoposto a un terzo processo pirometallico per raffinare il metallo fino al livello di purezza desiderato. Ogni volta che il minerale o il lingotto viene riscaldato, vengono creati materiali di scarto. La polvere dei gas di ventilazione e di processo può essere catturata in un filtro a maniche e smaltita o restituita al processo, a seconda del contenuto di metallo residuo. Anche lo zolfo nel gas viene catturato e quando le concentrazioni sono superiori al 4% può essere trasformato in acido solforico. A seconda dell'origine del minerale e del suo contenuto di metalli residui, possono essere prodotti anche vari metalli come oro e argento come sottoprodotti.

La tostatura è un importante processo pirometallurgico. La torrefazione per solfatazione viene utilizzata nella produzione di cobalto e zinco. Il suo scopo è quello di separare i metalli in modo che possano essere trasformati in una forma idrosolubile per ulteriori lavorazioni idrometallurgiche.

La fusione di minerali solforati produce un concentrato di metallo parzialmente ossidato (opaco). Nella fusione, il materiale privo di valore, solitamente ferro, forma una scoria con materiale fondente e viene convertito nell'ossido. I metalli preziosi acquistano la forma metallica nella fase di trasformazione, che avviene nei forni di trasformazione. Questo metodo è utilizzato nella produzione di rame e nichel. Ferro, ferrocromo, piombo, magnesio e composti ferrosi sono prodotti mediante riduzione del minerale con carbone e un flusso (calcare), il processo di fusione avviene solitamente in un forno elettrico. (Vedi anche il Industria siderurgica capitolo.) L'elettrolisi del sale fuso, utilizzata nella produzione di alluminio, è un altro esempio di processo pirometallurgico.

L'elevata temperatura necessaria per il trattamento pirometallurgico dei metalli è ottenuta bruciando combustibili fossili o sfruttando la reazione esotermica del minerale stesso (ad esempio, nel processo di flash smelting). Il processo di fusione rapida è un esempio di processo pirometallurgico a risparmio energetico in cui il ferro e lo zolfo del concentrato di minerale vengono ossidati. La reazione esotermica unita a un sistema di recupero del calore consente di risparmiare molta energia per la fusione. L'alto recupero di zolfo del processo è vantaggioso anche per la protezione dell'ambiente. La maggior parte delle fonderie di rame e nichel di recente costruzione utilizza questo processo.

hydrometallurgy

Esempi di processi idrometallurgici sono la lisciviazione, la precipitazione, la riduzione elettrolitica, lo scambio ionico, la separazione della membrana e l'estrazione con solvente. La prima fase dei processi idrometallurgici è la lisciviazione di metalli preziosi da materiale meno prezioso, ad esempio con acido solforico. La lisciviazione è spesso preceduta da un pretrattamento (ad es. torrefazione per solfatazione). Il processo di lisciviazione richiede spesso alta pressione, aggiunta di ossigeno o alte temperature. La lisciviazione può essere effettuata anche con l'elettricità. Dalla soluzione di lisciviazione il metallo desiderato o il suo composto viene recuperato mediante precipitazione o riduzione con metodi diversi. La riduzione viene effettuata, ad esempio, nella produzione di cobalto e nichel con gas.

Anche l'elettrolisi dei metalli in soluzioni acquose è considerata un processo idrometallurgico. Nel processo di elettrolisi lo ione metallico viene ridotto al metallo. Il metallo si trova in una soluzione acida debole da cui precipita sui catodi sotto l'influenza di una corrente elettrica. La maggior parte dei metalli non ferrosi può anche essere raffinata mediante elettrolisi.

Spesso i processi metallurgici sono una combinazione di processi piro e idrometallurgici, a seconda del concentrato di minerale da trattare e del tipo di metallo da raffinare. Un esempio è la produzione di nichel.

Pericoli e loro prevenzione

La prevenzione dei rischi per la salute e degli infortuni nell'industria metallurgica è principalmente una questione educativa e tecnica. Le visite mediche sono secondarie e hanno solo un ruolo complementare nella prevenzione dei rischi per la salute. Un armonioso scambio di informazioni e la collaborazione tra i dipartimenti di pianificazione, linea, sicurezza e salute sul lavoro all'interno dell'azienda danno il risultato più efficiente nella prevenzione dei rischi per la salute.

Le misure preventive migliori e meno costose sono quelle adottate nella fase di progettazione di un nuovo impianto o processo. Nella progettazione di nuovi impianti di produzione, dovrebbero essere presi in considerazione almeno i seguenti aspetti:

• Le potenziali fonti di contaminanti dell'aria devono essere racchiuse e isolate.
• La progettazione e il posizionamento delle apparecchiature di processo dovrebbero consentire un facile accesso per scopi di manutenzione.
• Le aree in cui può verificarsi un pericolo improvviso e imprevisto devono essere monitorate continuamente. Dovrebbero essere inclusi avvisi di avvertimento adeguati. Ad esempio, le aree in cui potrebbe essere possibile l'esposizione all'arsina o all'acido cianidrico dovrebbero essere sottoposte a monitoraggio continuo.
• L'aggiunta e la manipolazione di prodotti chimici di processo velenosi devono essere pianificate in modo da evitare la manipolazione manuale.
• Per valutare la reale esposizione del singolo lavoratore, ove possibile, dovrebbero essere utilizzati dispositivi di campionamento per l'igiene personale sul lavoro. Il monitoraggio fisso regolare di gas, polveri e rumore fornisce una panoramica dell'esposizione ma ha solo un ruolo complementare nella valutazione della dose di esposizione.
• Nella pianificazione dello spazio, i requisiti di modifiche o estensioni future del processo dovrebbero essere presi in considerazione in modo che gli standard di igiene professionale dell'impianto non peggiorino.
• Dovrebbe esserci un sistema continuo di formazione e istruzione per il personale addetto alla sicurezza e alla salute, nonché per i capisquadra e gli operai. I nuovi lavoratori, in particolare, dovrebbero essere informati a fondo sui potenziali rischi per la salute e su come prevenirli nei propri ambienti di lavoro. Inoltre, la formazione dovrebbe essere effettuata ogni volta che viene introdotto un nuovo processo.
• Le pratiche di lavoro sono importanti. Ad esempio, una scarsa igiene personale dovuta a mangiare e fumare sul posto di lavoro può aumentare considerevolmente l'esposizione personale.
• La direzione dovrebbe disporre di un sistema di monitoraggio della salute e della sicurezza che produca dati adeguati per il processo decisionale tecnico ed economico.

Di seguito sono riportati alcuni dei rischi e delle precauzioni specifici che si trovano nella fusione e nella raffinazione.

Infortuni

L'industria della fusione e della raffinazione ha un tasso di infortuni più elevato rispetto alla maggior parte delle altre industrie. Le fonti di queste lesioni includono: schizzi e fuoriuscite di metallo fuso e scorie con conseguenti ustioni; esplosioni di gas ed esplosioni dovute al contatto del metallo fuso con l'acqua; collisioni con locomotive in movimento, vagoni, carroponti e altre attrezzature mobili; cadute di oggetti pesanti; cadute dall'alto (p. es., durante l'accesso alla cabina di una gru); e lesioni da scivolamento e inciampo dovute all'ostruzione di pavimenti e passaggi.

Le precauzioni includono: formazione adeguata, dispositivi di protezione individuale (DPI) adeguati (ad es. elmetti, scarpe antinfortunistiche, guanti da lavoro e indumenti protettivi); buona conservazione, pulizia e manutenzione delle attrezzature; regole del traffico per le attrezzature in movimento (compresi percorsi definiti e un efficace sistema di segnalazione e allarme); e un programma di protezione anticaduta.

calore

Le malattie da stress da calore come il colpo di calore sono un pericolo comune, principalmente a causa della radiazione infrarossa delle fornaci e del metallo fuso. Questo è particolarmente un problema quando si deve svolgere un lavoro faticoso in ambienti caldi.

La prevenzione delle malattie da calore può comportare schermi d'acqua o cortine d'aria davanti alle fornaci, raffreddamento localizzato, cabine climatizzate chiuse, indumenti protettivi contro il calore e tute raffreddate ad aria, che consentano un tempo sufficiente per l'acclimatazione, pause di lavoro in aree fresche e una fornitura adeguata di bevande per il consumo frequente.

Rischi chimici

L'esposizione a un'ampia varietà di polveri, fumi, gas e altre sostanze chimiche pericolose può verificarsi durante le operazioni di fusione e raffinazione. La frantumazione e la macinazione del minerale, in particolare, può comportare un'elevata esposizione a silice e polveri metalliche tossiche (ad es. contenenti piombo, arsenico e cadmio). Ci possono essere anche esposizioni alla polvere durante le operazioni di manutenzione del forno. Durante le operazioni di fusione, i fumi metallici possono rappresentare un grosso problema.

Le emissioni di polvere e fumi possono essere controllate mediante recinzione, automazione dei processi, ventilazione di scarico locale e di diluizione, bagnatura dei materiali, manipolazione ridotta dei materiali e altri cambiamenti di processo. Se questi non sono adeguati, sarebbe necessaria una protezione respiratoria.

Molte operazioni di fusione comportano la produzione di grandi quantità di anidride solforosa dai minerali di solfuro e monossido di carbonio dai processi di combustione. La diluizione e la ventilazione di scarico locale (LEV) sono essenziali.

L'acido solforico viene prodotto come sottoprodotto delle operazioni di fusione e viene utilizzato nella raffinazione elettrolitica e nella lisciviazione dei metalli. L'esposizione può avvenire sia al liquido che a nebbie di acido solforico. Sono necessari protezione della pelle e degli occhi e LEV.

La fusione e la raffinazione di alcuni metalli possono comportare rischi particolari. Gli esempi includono il nichel carbonile nella raffinazione del nichel, i fluoruri nella fusione dell'alluminio, l'arsenico nella fusione e raffinazione del rame e del piombo e l'esposizione al mercurio e al cianuro durante la raffinazione dell'oro. Questi processi richiedono le proprie precauzioni speciali.

Altri pericoli

L'abbagliamento e la radiazione infrarossa delle fornaci e del metallo fuso possono causare danni agli occhi, inclusa la cataratta. Devono essere indossati occhiali e visiere adeguati. Alti livelli di radiazione infrarossa possono anche causare ustioni cutanee a meno che non si indossino indumenti protettivi.

Elevati livelli di rumore dovuti alla frantumazione e alla macinazione del minerale, soffiatori a gas e forni elettrici ad alta potenza possono causare la perdita dell'udito. Se la fonte del rumore non può essere racchiusa o isolata, è necessario indossare protezioni acustiche. Dovrebbe essere istituito un programma di conservazione dell'udito che includa test audiometrici e formazione.

Durante i processi elettrolitici possono verificarsi pericoli elettrici. Le precauzioni includono una corretta manutenzione elettrica con procedure di lockout/tagout; guanti, abbigliamento e utensili isolanti; e interruttori di circuito di guasto a terra dove necessario.

Il sollevamento e la movimentazione manuale dei materiali può causare lesioni alla schiena e agli arti superiori. Gli ausili meccanici per il sollevamento e un'adeguata formazione sui metodi di sollevamento possono ridurre questo problema.

Inquinamento e protezione dell'ambiente

Le emissioni di gas irritanti e corrosivi come l'anidride solforosa, l'acido solfidrico e l'acido cloridrico possono contribuire all'inquinamento atmosferico e causare la corrosione dei metalli e del calcestruzzo all'interno dell'impianto e nell'ambiente circostante. La tolleranza della vegetazione all'anidride solforosa varia a seconda del tipo di foresta e di suolo. In generale, gli alberi sempreverdi tollerano concentrazioni inferiori di anidride solforosa rispetto a quelli decidui. Le emissioni di particolato possono contenere particolato non specifico, fluoruri, piombo, arsenico, cadmio e molti altri metalli tossici. L'effluente delle acque reflue può contenere una varietà di metalli tossici, acido solforico e altre impurità. I rifiuti solidi possono essere contaminati da arsenico, piombo, solfuri di ferro, silice e altri inquinanti.

La gestione della fonderia dovrebbe includere la valutazione e il controllo delle emissioni dall'impianto. Questo è un lavoro specializzato che dovrebbe essere svolto solo da personale che abbia una profonda conoscenza delle proprietà chimiche e della tossicità dei materiali scaricati dai processi dell'impianto. Lo stato fisico del materiale, la temperatura alla quale lascia il processo, altri materiali nel flusso di gas e altri fattori devono essere considerati quando si pianificano misure per controllare l'inquinamento atmosferico. E' anche auspicabile mantenere una stazione meteorologica, tenere registrazioni meteorologiche ed essere pronti a ridurre la produzione quando le condizioni meteorologiche sono sfavorevoli per la dispersione degli effluenti del camino. Le visite sul campo sono necessarie per osservare l'effetto dell'inquinamento atmosferico sulle aree residenziali e agricole.

L'anidride solforosa, uno dei maggiori contaminanti, viene recuperata come acido solforico quando presente in quantità sufficiente. Altrimenti, per soddisfare gli standard di emissione, l'anidride solforosa e altri rifiuti gassosi pericolosi vengono controllati mediante lavaggio. Le emissioni di particolato sono comunemente controllate da filtri in tessuto e precipitatori elettrostatici.

Grandi quantità di acqua vengono utilizzate nei processi di flottazione come la concentrazione di rame. La maggior parte di quest'acqua viene riciclata nel processo. I residui del processo di flottazione vengono pompati come liquami negli stagni di sedimentazione. L'acqua viene riciclata durante il processo. L'acqua di processo contenente metalli e l'acqua piovana vengono pulite in impianti di trattamento delle acque prima dello scarico o del riciclaggio.

I rifiuti in fase solida comprendono le scorie della fusione, i fanghi di spurgo dalla conversione dell'anidride solforosa in acido solforico ei fanghi provenienti dai depositi superficiali (ad esempio, bacini di sedimentazione). Alcune scorie possono essere riconcentrate e restituite alle fonderie per la rilavorazione o il recupero di altri metalli presenti. Molti di questi rifiuti in fase solida sono rifiuti pericolosi che devono essere stoccati secondo le normative ambientali.

Di ritorno

Adattato dall'EPA 1995.

Rame

Il rame viene estratto sia in miniere a cielo aperto che in miniere sotterranee, a seconda della qualità del minerale e della natura del deposito di minerale. Il minerale di rame contiene tipicamente meno dell'1% di rame sotto forma di minerali di solfuro. Una volta che il minerale viene consegnato fuori terra, viene frantumato e macinato fino a ottenere una finezza polverosa e quindi concentrato per un'ulteriore lavorazione. Nel processo di concentrazione, il minerale macinato viene impastato con acqua, vengono aggiunti reagenti chimici e l'aria viene soffiata attraverso l'impasto. Le bolle d'aria si attaccano ai minerali di rame e vengono quindi espulse dalla parte superiore delle celle di galleggiamento. Il concentrato contiene tra il 20 e il 30% di rame. Gli sterili, o minerali di ganga, dal minerale cadono sul fondo delle celle e vengono rimossi, disidratati da addensanti e trasportati come impasto liquido in un bacino di sterili per lo smaltimento. Tutta l'acqua utilizzata in questa operazione, dagli addensanti di disidratazione e dallo stagno degli sterili, viene recuperata e riciclata nel processo.

Il rame può essere prodotto pirometallurgicamente o idrometallurgicamente a seconda del tipo di minerale utilizzato come carica. I concentrati di minerale, che contengono solfuro di rame e minerali di solfuro di ferro, vengono trattati mediante processi pirometallurgici per ottenere prodotti di rame di elevata purezza. I minerali di ossido, che contengono minerali di ossido di rame che possono trovarsi in altre parti della miniera, insieme ad altri materiali di scarto ossidati, vengono trattati mediante processi idrometallurgici per produrre prodotti di rame di elevata purezza.

La conversione del rame dal minerale al metallo avviene mediante fusione. Durante la fusione i concentrati vengono essiccati e immessi in uno dei diversi tipi di fornaci. Lì i minerali di solfuro vengono parzialmente ossidati e fusi per produrre uno strato di matte, un misto di solfuro di rame e ferro e scorie, uno strato superiore di rifiuti.

Il mascherino viene ulteriormente elaborato mediante conversione. Le scorie vengono estratte dalla fornace e immagazzinate o scartate in cumuli di scorie in loco. Una piccola quantità di scorie viene venduta per la massicciata ferroviaria e per la graniglia di sabbiatura. Un terzo prodotto del processo di fusione è l'anidride solforosa, un gas che viene raccolto, purificato e trasformato in acido solforico per la vendita o per l'utilizzo in operazioni di lisciviazione idrometallurgica.

Dopo la fusione, il matte di rame viene immesso in un convertitore. Durante questo processo la matte di rame viene versata in un recipiente cilindrico orizzontale (circa 10ґ4 m) munito di una fila di tubi. I tubi, detti tuyères, sporgono nel cilindro e servono per immettere aria nel convertitore. Calce e silice vengono aggiunte al matte di rame per reagire con l'ossido di ferro prodotto nel processo per formare scorie. Il rame di scarto può anche essere aggiunto al convertitore. La fornace viene ruotata in modo che le tuyères siano sommerse e l'aria viene soffiata nella matte fusa facendo reagire il resto del solfuro di ferro con l'ossigeno per formare ossido di ferro e anidride solforosa. Quindi il convertitore viene ruotato per far fuoriuscire le scorie di silicato di ferro.

Una volta rimosso tutto il ferro, il convertitore viene ruotato all'indietro e sottoposto a un secondo soffio d'aria durante il quale il resto dello zolfo viene ossidato e rimosso dal solfuro di rame. Il convertitore viene quindi ruotato per far fuoriuscire il rame fuso, che a questo punto viene chiamato rame blister (così chiamato perché se lasciato solidificare a questo punto, avrà una superficie irregolare a causa della presenza di ossigeno gassoso e zolfo). L'anidride solforosa proveniente dai convertitori viene raccolta e immessa nel sistema di depurazione dei gas insieme a quella proveniente dal forno fusorio e trasformata in acido solforico. A causa del contenuto di rame residuo, le scorie vengono riciclate nel forno fusorio.

Il rame in blister, contenente almeno il 98.5% di rame, viene raffinato in rame ad elevata purezza in due passaggi. La prima fase è la raffinazione al fuoco, in cui il rame fuso in blister viene versato in un forno cilindrico, simile nell'aspetto a un convertitore, dove prima l'aria e poi il gas naturale o il propano vengono soffiati attraverso la massa fusa per rimuovere l'ultimo zolfo e l'eventuale ossigeno residuo dal rame. Il rame fuso viene quindi versato in una ruota di colata per formare anodi sufficientemente puri per l'elettroraffinazione.

Nell'elettroraffinazione, gli anodi di rame vengono caricati in celle elettrolitiche e interspaziati con fogli di partenza di rame, o catodi, in un bagno di soluzione di solfato di rame. Quando una corrente continua passa attraverso la cella, il rame viene sciolto dall'anodo, trasportato attraverso l'elettrolita e ridepositato sui fogli di partenza del catodo. Quando i catodi hanno raggiunto uno spessore sufficiente, vengono rimossi dalla cella elettrolitica e al loro posto viene inserita una nuova serie di fogli di partenza. Le impurità solide negli anodi cadono sul fondo della cella come fanghi dove vengono infine raccolte e lavorate per il recupero di metalli preziosi come oro e argento. Questo materiale è noto come melma anodica.

I catodi rimossi dalla cella elettrolitica sono il prodotto primario del produttore di rame e contengono il 99.99% di rame. Questi possono essere venduti a mulini di vergella come catodi o lavorati ulteriormente in un prodotto chiamato vergella. Nella produzione di barre, i catodi vengono fusi in un forno a tino e il rame fuso viene versato su una ruota di colata per formare una barra adatta ad essere laminata in una barra continua del diametro di 3/8 di pollice. Questo prodotto in barre viene spedito ai mulini dove viene estruso in varie dimensioni di filo di rame.

Nel processo idrometallurgico, i minerali ossidati e i materiali di scarto vengono lisciviati con acido solforico dal processo di fusione. Viene eseguita la lisciviazione on-site, o in pile appositamente preparate distribuendo l'acido sulla parte superiore e lasciandolo filtrare attraverso il materiale in cui viene raccolto. Il terreno sotto i cuscinetti di lisciviazione è rivestito con un materiale plastico resistente agli acidi e impermeabile per evitare che il liquido di lisciviazione contamini le acque sotterranee. Una volta che le soluzioni ricche di rame sono state raccolte, possono essere lavorate mediante uno dei due processi: il processo di cementazione o il processo di estrazione con solvente/elettroestrazione (SXEW). Nel processo di cementazione (oggi raramente utilizzato), il rame nella soluzione acida si deposita sulla superficie del rottame di ferro in cambio del ferro. Quando è stata cementata una quantità sufficiente di rame, il ferro ricco di rame viene immesso nella fonderia insieme ai concentrati di minerale per il recupero del rame attraverso la via pirometallurgica.

Nel processo SXEW, la soluzione di lisciviazione incinta (PLS) viene concentrata mediante estrazione con solvente, che estrae il rame ma non le impurità metalliche (ferro e altre impurità). La soluzione organica carica di rame viene quindi separata dal percolato in una vasca di decantazione. L'acido solforico viene aggiunto alla miscela organica gravida, che spoglia il rame in una soluzione elettrolitica. Il percolato, contenente il ferro e altre impurità, viene riportato all'operazione di lisciviazione dove il suo acido viene utilizzato per un'ulteriore lisciviazione. La soluzione di striscia ricca di rame viene fatta passare in una cella elettrolitica nota come cella elettrolitica. Una cella di estrazione elettrolitica differisce da una cella di elettroraffinazione in quanto utilizza un anodo permanente e insolubile. Il rame in soluzione viene quindi placcato su un catodo a foglio di partenza più o meno nello stesso modo in cui lo è sul catodo in una cella di elettroraffinazione. L'elettrolita impoverito di rame viene restituito al processo di estrazione con solvente dove viene utilizzato per rimuovere più rame dalla soluzione organica. I catodi prodotti dal processo di estrazione elettrolitica vengono quindi venduti o trasformati in barre allo stesso modo di quelli prodotti dal processo di elettroraffinazione.

Le celle di estrazione elettrolitica vengono utilizzate anche per la preparazione di fogli di partenza sia per i processi di elettroraffinazione che di estrazione elettrolitica mediante placcatura del rame su catodi di acciaio inossidabile o titanio e quindi rimozione del rame placcato.

Pericoli e loro prevenzione

I pericoli principali sono l'esposizione a polveri di minerale durante la lavorazione e la fusione del minerale, fumi metallici (inclusi rame, piombo e arsenico) durante la fusione, anidride solforosa e monossido di carbonio durante la maggior parte delle operazioni di fusione, rumore da operazioni di frantumazione e macinazione e da fornaci, stress da calore da i forni e l'acido solforico ei rischi elettrici durante i processi elettrolitici.

Le precauzioni includono: LEV per le polveri durante le operazioni di trasferimento; scarico locale e ventilazione di diluizione per anidride solforosa e monossido di carbonio; un programma di controllo del rumore e di protezione dell'udito; indumenti protettivi e scudi, pause di riposo e fluidi per lo stress da calore; e LEV, PPE e precauzioni elettriche per i processi elettrolitici. La protezione respiratoria è comunemente indossata per proteggere da polveri, fumi e anidride solforosa.

La tabella 1 elenca gli inquinanti ambientali per le varie fasi della fusione e raffinazione del rame.

Tabella 1. Input di materiali di processo e output di inquinamento per la fusione e la raffinazione del rame

Portare

Il processo primario di produzione del piombo si compone di quattro fasi: sinterizzazione, fusione, scorificazione e raffinazione pirometallurgica. Per iniziare, una materia prima composta principalmente da concentrato di piombo sotto forma di solfuro di piombo viene alimentata in una macchina di sinterizzazione. Possono essere aggiunte altre materie prime tra cui ferro, silice, flusso di calcare, coke, soda, cenere, pirite, zinco, sostanze caustiche e particelle raccolte dai dispositivi di controllo dell'inquinamento. Nella macchina di sinterizzazione la carica di piombo viene sottoposta a getti d'aria calda che bruciano lo zolfo creando anidride solforosa. Il materiale di ossido di piombo esistente dopo questo processo contiene circa il 9% del suo peso in carbonio. La sinterizzazione viene quindi alimentata insieme a coke, vari materiali riciclati e di pulizia, calcare e altri agenti fondenti in un altoforno per la riduzione, dove il carbonio funge da combustibile e fonde o fonde il materiale di piombo. Il piombo fuso scorre sul fondo del forno dove si formano quattro strati: “speiss” (il materiale più leggero, essenzialmente arsenico e antimonio); “matte” (solfuro di rame e altri solfuri metallici); scorie d'altoforno (principalmente silicati); e lingotti di piombo (98% di piombo, in peso). Tutti gli strati vengono quindi drenati. Lo speiss e il matte vengono venduti alle fonderie di rame per il recupero del rame e dei metalli preziosi. Le scorie d'altoforno che contengono zinco, ferro, silice e calce vengono stoccate in cumuli e parzialmente riciclate. Le emissioni di ossido di zolfo sono generate negli altiforni da piccole quantità di solfuro di piombo residuo e solfati di piombo nell'alimentazione di sinterizzazione.

I lingotti di piombo grezzi provenienti dall'altoforno di solito richiedono un trattamento preliminare in caldaie prima di essere sottoposti alle operazioni di raffinazione. Durante la scorificazione, il lingotto viene agitato in un recipiente di scorificazione e raffreddato appena sopra il suo punto di congelamento (da 370 a 425°C). Una scoria, che è composta da ossido di piombo, insieme a rame, antimonio e altri elementi, galleggia verso l'alto e si solidifica sopra il piombo fuso.

Le scorie vengono rimosse e alimentate in un forno per scorie per il recupero dei metalli utili diversi dal piombo. Per migliorare il recupero del rame, i lingotti di piombo scoriati vengono trattati aggiungendo materiali contenenti zolfo, zinco e/o alluminio, abbassando il contenuto di rame a circa lo 0.01%.

Durante la quarta fase, il lingotto di piombo viene raffinato utilizzando metodi pirometallurgici per rimuovere eventuali materiali vendibili non contenenti piombo (ad es. oro, argento, bismuto, zinco e ossidi metallici come antimonio, arsenico, stagno e ossido di rame). Il piombo viene affinato in un bollitore di ghisa a cinque stadi. Antimonio, stagno e arsenico vengono rimossi per primi. Quindi viene aggiunto lo zinco e l'oro e l'argento vengono rimossi nelle scorie di zinco. Successivamente, il piombo viene raffinato mediante rimozione sotto vuoto (distillazione) dello zinco. L'affinamento prosegue con l'aggiunta di calcio e magnesio. Questi due materiali si combinano con il bismuto per formare un composto insolubile che viene scremato dal bollitore. Nella fase finale si possono aggiungere soda caustica e/o nitrati al piombo per rimuovere eventuali tracce residue di impurità metalliche. Il piombo raffinato avrà una purezza dal 99.90 al 99.99% e può essere miscelato con altri metalli per formare leghe o può essere colato direttamente in forme.

Pericoli e loro prevenzione

I rischi principali sono l'esposizione alle polveri di minerale durante la lavorazione e la fusione del minerale, i fumi metallici (inclusi piombo, arsenico e antimonio) durante la fusione, l'anidride solforosa e il monossido di carbonio durante la maggior parte delle operazioni di fusione, il rumore delle operazioni di macinazione e frantumazione e dei forni e lo stress da calore dai forni.

Le precauzioni includono: LEV per le polveri durante le operazioni di trasferimento; scarico locale e ventilazione di diluizione per anidride solforosa e monossido di carbonio; un programma di controllo del rumore e di protezione dell'udito; e indumenti protettivi e scudi, pause di riposo e fluidi per lo stress da calore. La protezione respiratoria è comunemente indossata per proteggere da polveri, fumi e anidride solforosa. Il monitoraggio biologico del piombo è essenziale.

La tabella 2 elenca gli inquinanti ambientali per le varie fasi della fusione e raffinazione del piombo.

Tabella 2. Input di materiali di processo e output di inquinamento per la fusione e la raffinazione del piombo

Zinco

Il concentrato di zinco viene prodotto separando il minerale, che può contenere anche solo il 2% di zinco, dalla roccia di scarto mediante frantumazione e flottazione, un processo normalmente eseguito nel sito minerario. Il concentrato di zinco viene quindi ridotto a zinco metallico in due modi: pirometallurgicamente mediante distillazione (retorting in una fornace) o idrometallurgicamente mediante elettroestrazione. Quest'ultimo rappresenta circa l'80% della raffinazione totale dello zinco.

Quattro fasi di lavorazione sono generalmente utilizzate nella raffinazione idrometallurgica dello zinco: calcinazione, lisciviazione, purificazione ed elettroestrazione. La calcinazione, o tostatura, è un processo ad alta temperatura (da 700 a 1000 °C) che converte il concentrato di solfuro di zinco in un ossido di zinco impuro chiamato calcina. I tipi di girarrosto includono focolare multiplo, sospensione o letto fluido. In generale, la calcinazione inizia con la miscelazione di materiali contenenti zinco con carbone. Questa miscela viene quindi riscaldata, o arrostita, per vaporizzare l'ossido di zinco che viene quindi spostato fuori dalla camera di reazione con il flusso di gas risultante. Il flusso di gas viene diretto all'area del filtro a maniche dove l'ossido di zinco viene catturato nella polvere del filtro a maniche.

Tutti i processi di calcinazione generano anidride solforosa, che viene controllata e convertita in acido solforico come sottoprodotto di processo commerciabile.

Il trattamento elettrolitico del calcinato desolforato consiste in tre fasi fondamentali: lisciviazione, purificazione ed elettrolisi. La lisciviazione si riferisce alla dissoluzione del calcinato catturato in una soluzione di acido solforico per formare una soluzione di solfato di zinco. Il calcinato può essere lisciviato una o due volte. Nel metodo della doppia lisciviazione, il calcine viene sciolto in una soluzione leggermente acida per rimuovere i solfati. Il calcinato viene quindi lisciviato una seconda volta in una soluzione più forte che dissolve lo zinco. Questa seconda fase di lisciviazione è in realtà l'inizio della terza fase di purificazione perché molte delle impurità di ferro cadono dalla soluzione così come lo zinco.

Dopo la lisciviazione, la soluzione viene purificata in due o più stadi mediante l'aggiunta di polvere di zinco. La soluzione viene purificata poiché la polvere costringe gli elementi deleteri a precipitare in modo che possano essere filtrati. La purificazione viene solitamente condotta in grandi vasche di agitazione. Il processo avviene a temperature che vanno da 40 a 85°C e pressioni che vanno da quella atmosferica a 2.4 atmosfere. Gli elementi recuperati durante la purificazione includono il rame come torta e il cadmio come metallo. Dopo la purificazione la soluzione è pronta per la fase finale, l'elettrovincita.

L'elettroestrazione dello zinco avviene in una cella elettrolitica e comporta il passaggio di una corrente elettrica da un anodo in lega di piombo-argento attraverso la soluzione acquosa di zinco. Questo processo carica lo zinco sospeso e lo costringe a depositarsi su un catodo di alluminio immerso nella soluzione. Ogni 24-48 ore, ogni cella viene spenta, i catodi rivestiti di zinco rimossi e risciacquati e lo zinco rimosso meccanicamente dalle piastre di alluminio. Il concentrato di zinco viene quindi fuso e colato in lingotti ed è spesso puro fino al 99.995%.

Le fonderie di zinco elettrolitico contengono fino a diverse centinaia di celle. Una parte dell'energia elettrica viene convertita in calore, che aumenta la temperatura dell'elettrolita. Le celle elettrolitiche operano a temperature comprese tra 30 e 35°C a pressione atmosferica. Durante l'elettroestrazione, una parte dell'elettrolita passa attraverso le torri di raffreddamento per abbassarne la temperatura e far evaporare l'acqua che raccoglie durante il processo.

Pericoli e loro prevenzione

I pericoli principali sono l'esposizione a polveri di minerale durante la lavorazione e la fusione del minerale, fumi metallici (inclusi zinco e piombo) durante la raffinazione e la tostatura, anidride solforosa e monossido di carbonio durante la maggior parte delle operazioni di fusione, rumore da operazioni di frantumazione e macinazione e da fornaci, stress da calore da i forni e l'acido solforico ei rischi elettrici durante i processi elettrolitici.

Le precauzioni includono: LEV per le polveri durante le operazioni di trasferimento; scarico locale e ventilazione di diluizione per anidride solforosa e monossido di carbonio; un programma di controllo del rumore e di protezione dell'udito; indumenti protettivi e scudi, pause di riposo e fluidi per lo stress da calore; e LEV, DPI e precauzioni elettriche per i processi elettrolitici. La protezione respiratoria è comunemente indossata per proteggere da polveri, fumi e anidride solforosa.

La tabella 3 elenca gli inquinanti ambientali per le varie fasi della fusione e raffinazione dello zinco.

Tabella 3. Input di materiali di processo e output di inquinamento per la fusione e la raffinazione dello zinco

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