Recuperación de plomo de copelas usadas por lixiviación en medio acético-peróxido y electrodeposición

Por: Betssy Maley Salazar-Banda¹, Francisco Raúl Carrillo-Pedroza¹*, Ma. de Jesús Soria-Aguilar¹, Felipe de Jesús López Saucedo².

Resumen 
El ensayo al fuego es la técnica más utilizada mundialmente y se define como el método estándar de la industria para la determinación de oro y plata; durante el proceso de copelación el óxido de plomo es absorbido por la copela, llegando estas a contener entre un 40 y 60% de plomo. En los laboratorios de análisis de oro, las copelas usadas son almacenadas en sacos como un deshecho del proceso, quedando expuestos al medio ambiente y siendo una fuente de contaminación. Sin embargo, la recuperación de plomo se puede lograr efectivamente mediante procesos hidro y electrometalúrgicos. Este trabajo presenta un método de lixiviación en ácido acético y peróxido de hidrógeno para la extracción del plomo de las copelas, la recuperación de este como plomo metálico; con ello se puede minimizar el impacto ambiental del ensaye al fuego y a la vez recuperar el plomo como un material de valor agregado.

Palabras clave: Plomo, ensaye al fuego, copelación, remediación, residuos

Abstract
Fire assay is the most widely used technique. This is the most widely used technique worldwide. It is defined as the industry standard method for determining the presence of gold and silver. During the cupellation process, the lead oxide is absorbed by the cupel, which may contain between 40 and 60% lead. In gold analysis laboratories, the used cups are stored in sacks. These sacks contain the waste product of the process, which is exposed to the environment and poses a potential contamination risk. Nevertheless, the recovery of lead using hydro and electrometallurgical processes has proven to be an effective method. This work presents a method of acetic acid and hydrogen peroxide leaching for the extraction of lead from cupels. The recovery of lead as metallic lead is achieved, thereby minimizing the environmental impact of fire assay. In addition, the recovery of lead as a value-added material is achieved.

Keywords: Lead, fire-assay, copellation, remediation, residues

Introducción
El ensayo al fuego es la técnica más utilizada mundialmente y se define como el método estándar de la industria para la determinación de oro y plata pues ofrece altos niveles de precisión y exactitud (Singh et al., 2025; Santos-Munguia et al., 2019); el proceso consiste en producir una fusión de la muestra usando reactivos fundentes como el carbonato de sodio (Na2CO3), bórax (Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O) y un colector (Litargirio, PbO) para obtener dos fases líquidas: Una escoria constituida principalmente por silicatos complejos y una fase metálica constituida por plomo, el cual colecta los metales nobles de interés Au y Ag (Salazar et al., 2020). El plomo en estado sólido (con los metales nobles colectados) es separado de la escoria en forma de régulo; en la segunda etapa del proceso donde se lleva a cabo la copelación, el plomo se funde para luego oxidarse como óxido de plomo, siendo absorbido por la copela, hecha de un material elaborado con hueso calcinado de alta pureza y magnesita (MgO) (Basaran et al., 2024). Dichas copelas deben ser almacenadas o confinadas. Aunque al ser tratadas como un deshecho del proceso, pueden quedar expuestas al medio ambiente, siendo una fuente potencial de contaminación por el grado de toxicidad del plomo (Tobalu y Enogieru, 2025).

No hay una cuantificación del volumen o tonelaje de copelas desechadas en México; sin embargo, considerando que el país ocupa el octavo lugar como productor mundial de oro (Prontuario estadístico de la minería, 2023), y que el ensaye al fuego es la principal técnica de análisis en la industria extractiva de oro, y considerando el volumen promedio de copelas utilizadas en laboratorios de tres empresas, se estima que son desechadas 140 toneladas de copelas usadas al año. Esto representa un área de oportunidad tanto para el tratamiento de estos residuos (remoción del plomo como contaminante), como para la recuperación del plomo como metal valioso. El uso de ácidos inorgánicos como el ácido nítrico, clorhídrico, sulfúrico y agentes complejantes fuertes como el NTA (ácido nitriloacético) y el EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) han sido propuestos para procesos de lixiviación (Morales et al., 2024; Magalhães et al., 2021; Linares, 2017; Rossel y Calderon-Velasco, 2014). También los ácidos orgánicos, como el ácido metanosulfónico, cítrico, málico y acético, cuya principal ventaja es que son menos agresivos o contaminantes al ambiente (Cerceau et al., 2022; Cerceau et al., 2016; Kuipa et al., 2014).

En este sentido, el presente trabajo tiene como objetivo la investigación de un método de lixiviación efectivo, limpio y económico para la recuperación de plomo metálico, evaluando las mejores condiciones experimentales.

Metodología 
Copelas usadas en la técnica de ensaye al fuego, provenientes de una industria minera (Figura 1) fueron trituradas y molidas a un tamaño menor a 75 micras. Se sometieron a diferentes pruebas de lixiviación, empleando como reactivos ácido acético glacial (CH₃COOH, 99.97 %, marca Jalmek) y peróxido de hidrógeno (H₂O₂, 50 %, FAGA Lab). Se tomó una muestra representativa para realizar el análisis elemental, por espectrofotometría de fluorescencia de rayos X, FRX (PANalytical, Epsilon 1) y análisis composicional, mediante un difractómetro de rayos X (Bruker D8 Advance). Con dichas técnicas se analizaron las muestras sólidas de las diferentes pruebas experimentales. La identificación de las fases o especies presentes se realizó por medio del software Match 2010.

Para la obtención de plomo metálico de la solución de lixiviación, se realizó la prueba de electrodeposición a fin de determinar la viabilidad de la separación de plomo a partir de este tipo de sistema de recuperación. Se utilizó una celda de electrodeposición de vidrio equipada con cátodo de acero inoxidable y ánodo de grafito con una distancia de 5 cm. La corriente eléctrica se mantuvo a 10 voltios empleando una fuente de poder regulada modelo PRL-25 (DS-304M) Marca STEREN.

Resultados y discusiones
De acuerdo con la Tabla 1, se puede observar que las copelas usadas absorben el plomo, el cual proviene del régulo (fase metálica de plomo donde se colectan oro y plata) obtenido del ensaye al fuego, y el cual es absorbido durante la etapa de copelación. La cantidad de plomo varía en las copelas, dependiendo del tamaño y peso del régulo. En este caso, como se ha mencionado, la muestra es representativa de un conjunto de copelas molidas proveniente de varios ensayes al fuego y copelación.

De la caracterización por difracción de rayos X, Figura 2, se determinaron las especies minerales contenidas en la muestra, dando como resultado el contenido de calcio, silicio y magnesio, correspondientes a los materiales utilizados en la fabricación de copelas (principalmente de hueso calcinado) y óxido de plomo, lo cual indica que el plomo adsorbido se oxida durante la copelación. 

Las pruebas de lixiviación se llevaron a cabo mediante un diseño experimental considerando las variables indicadas en la Tabla 2. La cantidad de muestras de copelas utilizadas fue de 50 g en un volumen de solución de 200 mL por un tiempo de una hora.

Los resultados se graficaron por medio de Minitab® 19 Statistical Software, donde se observan, Figura 3, gráficas de efectos principales, que a mayor cantidad de ácido acético mayor es la recuperación del óxido de plomo, pues la temperatura y el peróxido de hidrógeno no generan mayor comportamiento, destacando por consecuencia la reacción de extracción del ácido acético con el plomo:

El ácido acético presenta una afinidad hacia el plomo, la siguiente reacción demuestra el comportamiento que ocurre dentro del sistema:  

PbO + 2CH₃COOH → Pb (CH₃COO)₂ + H₂O   ΔG_25°C: -18.186 kJ        (11)

Al agregar un agente coadyuvante dentro del sistema de lixiviación, como lo es el peróxido de hidrógeno, favorece la disolución del plomo con respecto al porcentaje de extracción de plomo sin uso de peróxido, del orden del 7%; sin embargo, no se observa un cambio significativo al aumentar la cantidad de peróxido de 10 a 20. Los resultados mostrados en la figura corresponden a una hora. La mejor prueba se repitió bajo las siguientes condiciones: temperatura de 60°C, una concentración de solución al 12.5% con ácido acético + 10% de peróxido de hidrógeno, con 3 horas de tiempo de lixiviación, obteniéndose una extracción de 73%, mostrando ser un método de lixiviación eficiente para la extracción del plomo contenido en las copelas usadas. 

El diagrama de distribución de especies (Figura 4), elaborado con el software Making Equilibrium Diagrams Using Sophisticated Algorithms (MEDUSA), indica las fases acuosas y la interacción o equilibrio entre el plomo y el ácido acético dentro de la solución. Se observa que a pH menor de 5.8, el plomo se encuentra como cation, Pb²⁺, y el ion acetato, en exceso, condiciones a las que se realizaron las pruebas. Y que la precipitación del plomo inicia a partir del mencionado pH, en forma de hidróxido.

La solución de lixiviación, una vez filtrada, se utilizó en la etapa de electrodeposición, para la recuperación del plomo. Como se mencionó en la parte experimental, en dicha técnica se utilizó un cátodo de acero, en el cual ocurrió la deposición del plomo metálico. Los análisis químicos del cátodo se realizaron mediante FRX, cuyos resultados se muestran en la Tabla 3. 

Se observó una alta presencia en contenido de plomo en el cátodo, notando que el análisis no detecta la presencia de los elementos químicos del cátodo, es decir, la concentración de hierro es muy baja. Esto indica que el plomo cubre el cátodo, con un espesor suficientemente grueso, para inhibir el análisis del material de soporte. El plomo obtenido fue plomo metálico, con presencia de incrustaciones de carbonato de calcio en el depósito, siendo importante a considerar la eliminación del calcio, previo a la electrodeposición, para obtener un depósito mas puro.

Conclusiones
El peróxido de hidrógeno permitió mejorar el efecto oxidante del ácido acético para la digestión del plomo logrando una recuperación de 73%, mientras que la muestra sometida a lixiviación sin peróxido solo se obtuvo el 21% en 3 horas. Las mejores condiciones experimentales se mostraron al emplear temperatura de 60°C y concentración de solución al 12.5% con ácido acético y peróxido de hidrógeno durante 3 horas de reacción, lo cual determina ser un método de lixiviación eficiente. 

La recuperación de plomo de la solución de lixiviación es posible mediante electrodeposición, obteniéndose plomo metálico con una recuperación del orden del 80%, siendo también este método un proceso eficiente y limpio.

Se concluye que las copelas usadas de la técnica de ensaye al fuego para la determinación de oro y plata pueden ser tratadas por la vía hidrometalúrgica, usando ácido acético y peróxido de hidrogeno, para la extracción del plomo, y recuperación de este mediante precipitación o electrodeposición, permitiendo con ello minimizar la generación de residuos peligrosos y recuperando valores metálicos (plomo) para su reciclaje.

Referencias

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• Cerceau, C. I., de Freitas Carvalho, C., Varejão, E. V. V., dos Santos, C. G., and de Andrade Alvarenga Oliveira, V., 2022, . Recovery of metallic Lead of Cupel wastes from gold analysis by alkaline fusion in the presence of Sulfur. Waste and Biomass Valorization, 13(5), 2705-2715.
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• Rosell Gutiérrez, M. D. F., & Calderón Velasco, G. E., 2014, Recuperación de plomo, a partir de copelas empleadas en el proceso de análisis de oro por el método Fire Assay, en la Empresa Century Mining Perú SAC y escalamiento del proceso. https://repositorio.unsa.edu.pe/items/56b0976b-b153-4a2b-a59f-8453f84775f0.
• Tobalu, F. O., & Enogieru, A. B., 2025, Lead Neurotoxicity in Experimental Models: A Systematic Review on Effects on the Cerebrum, Cerebellum, and Hippocampus, Toxicology Reports, 14, 102044

1 Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma de Coahuila. Carr. 57 km 5, 25720, Monclova, Coahuila
2 Escuela Superior de Ingeniería, Boulevard Adolfo López Mateos S/N, Independencia, 26830 Nueva Rosita, Coahuila
*Autor de correspondencia: raul.carrillo@uadec.edu.mx