Universidad Técnica de Oruro Carrera de Ingeniería Metalúrgica MET 2213 Pirometalurgia I Operaciones de preparación de carga: TOSTACIÓN Definición Variables Termodinámicas de Proceso: Temperatura Composición de la fase gaseosa Cinética Tamaño y forma de la partícula Composición química Porosidad inicial y del producto Transferencia de calor Tipo de horno utilizado Aplicación industrial Concentrado PbS (ZnS) SO2 O2 HORNO DE TOSTACIÓN PbO (ZnO) CO2 C, O2 Flujograma de obtención de plomo crudo HORNO DE REDUCCIÓN Bullión Pb Escoria (Zn) Aplicación industrial ZnS ZnCO3 TOSTACIÓN Enriquecimiento en horno rotatorio SINTERIZACIÓN REDUCCIÓN Reductor Flujograma de obtención de zinc crudo Gases Zinc crudo REFINACIÓN Zinc refinado Fundentes Escoria Tipos de tostación -Tostación oxidante -Tostación sulfatante -Tostación clorurante -Tostación magnetizante -Tostación carburante -Tostación volatilizante -Tostación alcalina Fundamentos de la tostación oxidante Calores de reacción de las reacciones de tostación. Reacción ΔHº298 ºK, Kcal 2 FeS2 + 5.5O2 = Fe2O3 + 4 SO2 2 FeS + 3.5 O2 = Fe2O3 + 2 SO2 ZnS + 1.5 O2 = ZnO + SO2 PbS + O2 = PbO + SO2 - 398.3 - 298.9 - 106 - 99.5 C + O2 = CO2 -- 94.05 Diagramas de Kellog Diagrama de estabilidad del sistema Fe – S – O a 600 ºC 5 Fe2(SO4)3 FeSO4 FeS2 Ps Log Pso2 0 PΣO2 = 0.2 S Fe -5 Fe3O 4 o3 = 0.1 at Pso 3 = 0.0 Pso 01 3 = at 0.0 000 1a t Fe2O 3 -10 -20 -15 -10 Log Po2 -5 0 Diagrama de estabilidad del sistema Cu – S – O - temperatura Diagrama de estabilidad del sistema Me-S-O-T Diagrama de estabilidad del sistema Fe – S- O - T TEMPERATURA; ºC 600 550 500 450 700 400 0 PΣO2 = 0,2 Fe2(SO4)3 -5 Log Po2 -10 F eS Fe2O3 -15 O4 Fe3O4 FeS -20 FeS2 -25 - 30 10 11 12 13 1/T * 10.000, 1/ºK 14 15 Mecanismo de tostación 1. Difusión de oxígeno a través de la capa límite. 2. Difusión de oxígeno a través de la capa de productos. 3. Reacción química entre el oxígeno y el sulfuro metálico. 4. Difusión del anhídrido sulfuroso a través de la capa de producto. 5. Difusión del anhídrido sulfuroso a través de la capa límite Mecanismo de oxidación de la pirita % MASA Pirrotita Pirita Hematita Magnetita Tostación reductora FeS2 FeS Tostación oxidante Fe3O4 GRADO DE OXIDACIÓN Fe2O3 Mecanismo de oxidación de la pirita La pirrotita muestra varios grados de porosidad. Se observan granos de pirrotita sólida ocasionalmente Pirita FeS FeS2 FeS + 0,5 S 2 Se desarrollan fisuras en sentido normal a la superficie de la partícula. Despues que el radio Fe:S es 1, la pirrotita empieza a oxidarse a magnetita. Fe3O4 Fe3O4 S Difusión de azufre gaseoso hacia la superficie del grano donde es oxidado hasta SO2. Ocurre una recristalización de la pirrotita y una reducción de volumen. Se desarrollan varias texturas de poro. Ocurre difusión en los límites de grano del sulfuro recristalizado. . Calentamiento excesivo puede causar sinterización, y por tanto, se destruyen los poros. Fe2O 3 . .. . . . .. . . . .. . . . . . . . .. El tamaño de poro incrementa con el aumento de la temperatura, pero el tamaño de` poro de las calcinas varía. . Tostación sulfatante Objetivo. Someter la muestra a calentamiento y la acción de una fase gaseosa con el fin de obtener la transformación química del sólido a la forma de sulfato. A partir de sulfuro: MeS + 2O2 = MeSO4 Me2S + SO2 + 3O2 = 2MeSO4 A partir de un óxido: MeO + SO2 + 0.5 O2 = MeSO4 Sistema S – O - temperatura kmol File: C:\HSC6\Gibbs\GibbsIn.OGI 2.0 SO3(g) 1.5 SO2(g) 1.0 O2(g) 0.5 N2(g) 0.0 0 100 200 300 400 500 600 700 Temperature 800 C Diagrama de equilibrio de la reacción SO2 + 0.5 O2 = SO3 para una relación [O2/SO2]inicial = 2/1. Sistema S – O a 600 ºC kmol File: C:\HSC6\Gibbs\GibbsIn.OGI 3.0 2.5 SO2(g) 2.0 SO3(g) 1.5 O2(g) 1.0 0.5 S2(g) N2(g) S6(g) S7(g) S3(g) S5(g) S8(g) S4(g) 0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 O2(g) kmol 5.0 Energías libres de formación de sulfatos Descomposición de sulfatos Tostación sulfatante selectiva Problema A que temperatura se debe tostar un mineral compuesto por FeS2, Cu2S y ZnS, para obtener una calcina compuesta por: a) Fe2O3 , CuSO4, ZnSO4 b) Fe2O3, CuO y ZnSO4 Si la composición de la fase gaseosa en el horno es de 10% Oxígeno y 0,75% anhídrido sulfuroso, y la planta de tostación se encuentra en Oruro (Presión atmosférica 0,64 atm). Tostación oxidante en procesos industriales de zinc Hornos de tostación Horno de tostación instantánea horno de pisos Hornos de tostación Horno de lecho fluidizado Consideraciones Ambientales de los Procesos de Tostación de Sulfuros Lluvia ácida Lavado de gases Reglamento de Contaminación atmosférica de la Ley 1333 de Medio Ambiente