Informe Final Piro 2

UNIVERSIDAD CATÓLICADEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas

INFORME FINAL DE LABORATORIOS DE REFINACIÓN A ALTA TEMPERATURA Autores: Rodrigo Dubó Soto David Mancilla Rosales

Profesora: Rossina Mena Refinación a Alta Temperatura

Antofagasta, Chile 02 de agosto de 2017

RESUMEN En el presente informe, se encuentra lo realizado durante el laboratorio de refinación a alta temperatura, el cual abarca procesos pirometalúrgicos para el cobre como lo son la fusión y conversión, y además de un proceso pirometalúrgicos para otro metal como lo es el plomo, en específico su proceso de refinación. El primer laboratorio corresponde a fusión de concentrados de cobre, en el cual se evalúa la separación de fases lograda entre escoria y mata a diferentes porcentajes de sílice como fundente, y expuestos a flujos directos e indirectos de aire. Esto consiste en agregar a un crisol concentrado de cobre y sílice (SiO2) para luego depositarlo en el horno 1200°C y retirarlo después de un tiempo determinado para observar mediante una lupa las fases formadas y también analizar las pérdidas de peso, obteniendo que el concentrado con 5% de sílice presentó una mejor separación de fases favorecido por un flujo de aire directo y además de obtener un exceso de sílice de 0,140 mol, menor en comparación a las demás muestras. El segundo laboratorio consiste en la obtención de blíster a partir de metal blanco, donde se evalúa las fases formadas tanto de cobre blíster como de escoria a partir de un eje o mata (Cu2S-FeS), el cual es sometido a altas temperaturas, inyección de oxígeno y fundentes en cantidades variables (SiO 2 y CaO). El proceso se basa en agregar en un crisol el eje y el fundente, que puede ser sílice, cal o ambos para depositarlos a un horno a alta temperatura durante un tiempo determinado, retirarlo y visualizar las fases formadas, analizar perdidas en peso y el cobre blíster obtenido, resultando que no es necesario agregar sílice al eje, ya que con el que contiene este es suficiente, obteniendo una mayor reducción en peso, de 5,77%, y además presentando mejores resultados en la separación de fases observada con la lupa.

El tercer laboratorio corresponde a la refinación de plomo, cuyo objetivo es el de eliminar impurezas presentes en el metal. Existen distintos procesos para la refinación del plomo los cuales dependen de las impurezas presentes o de los elementos agregados para formar alguna escoria, etc. Se dispone del plomo impuro el cual se lleva a fundición, una vez fundido se le agregan los reactivos NaOH, NaOH3 y NaCl, luego se realizan 3 etapas de escorificación. Se identifica que el proceso utilizado para la refinación del plomo fue el proceso Harris corroborando visualmente la formación de contenidos de escoria de As, Sb y Sn que son eliminados como impurezas.

INDICE

1 INTRODUCCION ........................................................................................................................... 7

2

1.1

Consideraciones Generales ............................................................................................ 7

1.2

Objetivos ........................................................................................................................ 8

1.2.1

Objetivos generales................................................................................................ 8

1.2.2

Objetivos Específicos.............................................................................................. 8

FUNDAMENTOS TEORICOS .................................................................................................... 9 2.1 Fusión ................................................................................................................................... 9 2.2 Fundente .............................................................................................................................. 9 2.3 Eje o Mata ............................................................................................................................ 9 2.4 Escoria .................................................................................................................................. 9 2.5 Conversión ........................................................................................................................... 9 2.6 Cobre Blíster......................................................................................................................... 9 2.7 Proceso Harris ...................................................................................................................... 9

3

PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL ....................................................................................... 10 3.1 Laboratorio N°1: Fusión de concentrado de cobre ............................................................ 10 3.2 Laboratorio N°2: Obtención de blíster a partir de metal blanco ....................................... 10 3.3 Laboratorio N°3: Refinación de plomo .............................................................................. 11

4

5

RESULTADOS Y DISCUSIONES............................................................................................... 12 4.1

Resultados .................................................................................................................... 12

4.2

Discusiones................................................................................................................... 16

CONCLUSIONES .................................................................................................................... 18

6 RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 19 7 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 20 8 ANEXOS ..................................................................................................................................... 21

INDICE DE TABLAS Tabla N°1: Porcentaje de variación de peso para cada una de las muestras. ............................. 12 Tabla N°2: Resultados obtenidos mediante balance metalúrgico. .............................................. 13 Tabla N°3: Resultados variación en peso. .................................................................................... 14 Tabla N°4: Balance masa del crisol N°3, en gramos..................................................................... 14 Tabla N°5: Análisis cantidad de sílice en el proceso, en gramos. ................................................ 14 Tabla N°6: Datos obtenidos para tiempo de reposo 48 horas..................................................... 15 Tabla N°7: Composición del concentrado .................................................................................... 21 Tabla N°8: Composición del metal blanco, base de cálculo 70 g. ................................................ 24 Tabla N°9: Porcentaje de fundentes utilizados. ........................................................................... 24

NOMENCLATURA ∆W: Diferencia de peso muestra inicial con final %∆W: Diferencia de peso muestra inicial con final porcentual Wf: masa final de la muestra Wo: masa inicial de la muestra

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1 INTRODUCCIÓN 1.1 Consideraciones Generales Teniendo en cuenta que los minerales se clasifican en oxidados y sulfurados, cada uno de ellos siguen procesos distintos para la recuperación de algún elemento de interés, es por esto que el presente informe se centra en procesos del área pirometalúrgica, rama donde se tratan minerales sulfurados. La fusión de concentrados de cobre consiste en cambiar el estado del concentrado de sólido a líquido por el efecto de altas temperaturas, obteniendo un eje o mata (Cu2S-FeS), escoria (su composición depende del fundente a usar) y gases de salida (SO2, N2). El porcentaje de cobre en la mata dependerá de la tecnología que se utilice, pero en las tecnologías más modernas se alcanzan valores de entre 65-75% de Cu. El proceso de conversión de cobre es el proceso siguiente a la fusión, el cual es un proceso de oxidación selectiva que se efectúa a altas temperaturas. Tiene como objetivo principal eliminar las impurezas en el eje como lo son Fe, S entre otras, obteniendo como productos finales cobre blíster (98% de Cu aproximadamente), escoria (Fe3O4, Fe2SiO4 y CuO) y gases (SO2). La refinación de plomo es el proceso previo para obtener un producto final, tiene como objetivo principal eliminar las impurezas de este formando las etapas de plomo fundido y escoria sólida, esta última variara su composición dependiendo del proceso a usar.

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1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivos generales 

Conocer y analizar los distintos procesos pirometalúrgicos que se llevan a cabo en la industria minera.



Evaluar las fases formadas en el proceso de fusión.



Evaluar las fases formadas en el proceso de conversión.



Analizar y reconocer el proceso de refinación plomo a usar.

1.2.2 Objetivos Específicos 

Evaluar y analizar el efecto en la cantidad de sílice agregado en el proceso de fusión.



Analizar los efectos en la cantidad de fundente usado en el proceso de conversión.



Comparar los fundentes usados en el proceso de conversión.



Comparar los distintos procesos de refinación de plomo existentes con el usado.



Adquirir conocimiento sobre las operaciones pirometalúrgicas ya mencionadas.

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2 FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1 Fusión Proceso pirometalúrgico que consiste en un cambio de estado de solido a liquido por efecto de altas temperaturas. [MENA, 2017].

2.2 Fundente Compuesto químico que ayuda en el proceso de fusión, el cual actúa como catalizador y forma productos con elementos no deseados [GALVEZ, 2003].

2.3 Eje o Mata Producto final del proceso de fusión el cual dependiendo de la tecnología utilizada tendrá un alto porcentaje en contenido de cobre [GALVEZ, 2003]. Su composición en generalmente Cu2S y FeS.

2.4 Escoria Producto de salida tanto en fusión como en conversión, el cual contiene los elementos y/o productos que no son de interés [GALVEZ, 2003].

2.5 Conversión Proceso de oxidación selectiva llevado a cabo a altas temperaturas con el fin de eliminar las principales impurezas contenidas en el eje como lo son Fe, S entre otros [MENA, 2017].

2.6 Cobre Blíster Producto final del proceso de conversión en cual contiene cobre en alta cantidad, 98% aproximadamente, con pequeños porcentajes de S, Fe y otras impurezas [GALVEZ, 2003].

2.7 Proceso Harris Proceso de refinación de plomo el cual consiste en la oxidación de impurezas en presencia de un baño alcalino fundido, compuesto de sales como NaOH, NaCl y NaNO3 [PEREZ, 2013].

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3 PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL 3.1 Laboratorio N°1: Fusión de concentrado de cobre Se preparan 3 muestras en crisoles distintos previamente pesados, se agrega 70 g de concentrado de cobre y se agrega sílice en 3 proporciones diferentes, 5%, 20% y 40%. Se ingresan en el horno a 1200°C donde un crisol (5% de sílice) estará expuesto a un flujo directo de aire mientras que los otros dos (40% y 20% de sílice) estarán dispuestos a un flujo indirecto. Al día siguiente una vez terminada la fusión se retira las muestras del horno, se pesan y finalmente se rompen los crisoles una vez fríos para observar a través de una lupa la separación de fases entre eje y escoria y las distintas características de estos.

3.2 Laboratorio N°2: Obtención de blíster a partir de metal blanco Se preparan 4 muestras en crisoles previamente pesados, el contenido de cada una de ellas con metal blanco y fundente (SiO2 y/o CaO) corresponde a: 

Muestra 1: 70g de metal blanco y 5% de SiO2 (3,5g)



Muestra 2: 70g de metal blanco, 15% de SiO2 (10,5g) y 4% de CaO (2,8g)



Muestra 3: 70g de metal blanco sin contenido de fundente



Muestra 4: 70g de metal blanco y 25% de SiO2 (17,5g)

Las muestras se ingresan en el horno a 1.200°C, donde se insufla aire y oxígeno al que son expuestas cada una de ellas durante 3 horas para llevar a cabo la conversión. Al día siguiente se retiran las muestras ya frías para ese tiempo, los crisoles y su contenido son pesados para luego romperse con el propósito de observar con un microscopio la formación de cobre blíster y las demás fases.

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3.3 Laboratorio N°3: Refinación de plomo Pesar 2000 g de plomo impuro aproximadamente, fundir a temperatura 380400°C, agregar reactivos (cloruro de sodio, hidróxido de sodio y sodio nitrato), mediante agitador mecánico agitar hasta que se forme la escoria para después retirar esta, se debe realizar 3 etapas de escorificación. Finalmente depositar el plomo fundido en un molde previamente cubierto de baritina para facilitar el retiro del plomo una vez ya solidificado, y pesarlo.

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4 RESULTADOS Y DISCUSIONES 4.1 Resultados Laboratorio N°1: Fusión de concentrado de cobre Reacciones químicas presentes en el proceso de fusión: 2CuFeS2 + O2 → Cu2 s + 2FeS + SO2 FeS2 + O2 → FeS + SO2 3 FeS + O2 → FeO + SO2 2 2FeO + SiO2 → Fe2 SiO4 3 Cu2 S + O2 → Cu2 O + SO2 2 En la tabla N°1 se muestra los resultados obtenidos en cuanto a porcentaje de diferencias de peso. Tabla N°1: Porcentaje de variación de peso para cada una de las muestras. N° Crisol

%∆W

1 2 3

7,75 18,20 14,96

A continuación en la tabla N°2 se muestran resultados en cuanto a oxigeno requerido y a sílice, tanto requerido como exceso obtenidos mediante balance.

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Tabla N°2: Resultados obtenidos mediante balance metalúrgico. N° Crisol

Flujo de aire

O2 requerido (L)

Aire requerido (L)

1 2 3

Indirecto Indirecto Directo

16,890 16,890 16,890

80,416 80,416 80,416

SiO2 requerido (mol) 0,120 0,120 0,120

SiO2 exceso (mol) 0,549 0,315 0,140

Laboratorio N°2: Obtención de blíster a partir de metal blanco Reacciones químicas presentes en el proceso de conversión: Cu2 S + O2 → 2Cu + SO2 3 Cu2 S + O2 → Cu2 O + SO2 2 3 FeS + O2 → FeO + SO2 2 2FeO + SiO2 → Fe2 SiO4 1 2FeO + O2 → Fe2 O3 2 Ecuaciones utilizadas: %∆W = |

(Wf − Wo) | ∗ 100 Wo

En la tabla N°3 se muestran los resultados obtenidos en cuanto a variación en peso de las muestras luego de la fusión.

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Tabla N°3: Resultados variación en peso. N° Crisol 1 2 3 4

Wo (g) 73,50 83,30 70,00 87,50

Wf (g) 72,71 82,08 65,96 85,58

%ΔW 1,07 1,46 5,77 2,19

La tabla N°4 muestra los resultados obtenidos en el balance de masa del crisol N°3 en gramos. Tabla N°4: Balance masa del crisol N°3, en gramos.

Metal blanco Escoria Blíster

Cu0

Cu2S

FeS

SiO2

Cu2O

Fe2SiO4

Fe2O3

Otros

44,069

56,960 -

3,520 -

4,270 -

1,573 -

5,988 -

0,160 -

6,090 14,17

Finalmente la tabla N°5 muestra un análisis en cuanto a la cantidad de sílice en el proceso para todas las muestras. Tabla N°5: Análisis cantidad de sílice en el proceso, en gramos. N° Crisol

SiO2 en MB (g)

SiO2 agregado (g)

SiO2 necesario (g)

SiO2 exceso (g)

1 2 3 4

4,270 4,270 4,270 4,270

3,500 10,500 0,000 17,500

1,140 1,140 1,140 1,140

6,630 13,630 3,130 20,630

Laboratorio N°3: Refinación de plomo Formulas utilizadas: %∆W = |

(Wf − Wo) | ∗ 100 Wo

La tabla N°6 muestra en análisis de masa de escoria, plomo y perdida porcentual en peso.

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Tabla N°6: Datos obtenidos para tiempo de reposo 48 horas Masa inicial (g) 1.881,34

Masa Escoria (g) 113,82

Masa plomo (g) 1.569,50

%ΔW 16,57

A continuación se presentan las ecuaciones del proceso Harris, el cual fue el proceso identificado para la refinación del plomo impuro. Reacciones químicas proceso Harris: Refinado con aire: 4As + SO2 + 12NaOH → 4Na3 AsO4 + 6H2 O Sn + O2 + 2NaOH → Na2 SnO3 + H2 O 4Sb + 5O2 + 12NaOH → NaSbO3 + 2H2 O Refinado con nitrato de sodio: 6As + 6NaNO3 + 12NaOH → 6Na3 AsO4 + 3N2 + 6H2 O 5Sn + 4NaNO3 + 6NaOH → 5Na2 SnO3 + 3N2 + 3H2 O 6Sb + 6NaNO3 → 4Na3 SbO4 + 2N2 Reacciones de interacción entre As + Sb + NaSbO3: As + NaNO3 + NaOH → Na3 AsO4 + Sb + H2 O 5Sn + 4NaNO3 + 6NaOH → 5Na2 AsO3 + 4Sb + 3H2 O La oxidación en el proceso Harris se lleva a cabo por el aporte de varios medios de oxidación como: NaNO3, oxígeno (aire) y antimoniato de sodio que puede oxidar Sn y As. En el caso del NaCl, este permanece inerte en el proceso, su función es reducir la viscosidad de la mezcla NaOH con las sales oxidadas; el NaOH tiene como función combinarse con los óxidos para formar las sales oxidadas las cuales

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son arrastradas por el baño de sosa. La oxidación selectiva de elementos como Sb, Sn o As se lleva a cabo poniendo en contacto el metal con las sales oxidadas y el NaNO3, cuando el plomo se pone en contacto con la sal fundida, se forma estannato, antimoniato y arseniatos sódicos; aunque se produce nitrato de plomo, este reacciona inmediatamente con el As, Sb y Sn para dar las sales anteriores De acuerdo con las reacciones mostradas el plomo se reparte sobre el baño alcalino y es oxidado en la superficie por el aire y por el NaNO 3 en el baño alcalino. Al atravesar el baño alcalino, el óxido de plomo formado reacciona con una de las impurezas gracias a la presencia de sosa caustica. Los óxidos formados reaccionan con NaOH hasta obtención de las sales. Las sales así formadas son captadas por el baño alcalino. Es decir, el Na 3AsO4 es disuelto mientras que el Na2SnO3 y NaSbO2 son arrastrados mecánicamente.

4.2 Discusiones Laboratorio N°1: Fusión de concentrado de cobre Cerca de 0,557 moles son el contenido de SO2 generado en la fusión, dicho compuesto se presenta en forma gaseosa eliminando parte del azufre del concentrado, lo que se relaciona con la variación porcentual en peso, la que fue mayor en el concentrado 2 con un 18,20%. También es de esperar que en un flujo directo el oxígeno tenga un mejor contacto con el concentrado llevando de manera más eficiente la fusión, reflejándolo en su formación de fase de escoria como se observó en el concentrado 3. Además los moles de sílice requerida resultan ser 0,120 mol, los 3 concentrados presentan un exceso de éste siendo el concentrado 3 el que menor exceso presentó con 0,140 mol de exceso en sílice.

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Laboratorio N°2: Obtención de blíster a partir de metal blanco Mediante la observación a través de la lupa de las muestras, se reconoció a la muestra 3 como la que obtuvo la mejor separación de fases, separándose claramente el cobre blíster de la escoria, por lo tanto el balance metalúrgico realizado es de dicha muestra. A la muestra 3 no se le agrego ningún fundente, esta muestra contiene 4,27 g de sílice en su composición, y por los resultados del balance el sílice necesario es 1,14 g, es decir no es necesario agregar fundente a la mata para la conversión. Además esta muestra obtuvo el mayor porcentaje de variación de peso, con un 5,77%, lo que se debe principalmente a la eliminación de azufre en forma gaseosa, específicamente como SO 2.Por último se obtuvo una masa de cobre en el blíster de 44,069 g, resultado ser una conversión muy eficiente, debido a que el cobre contenido en la mata era de 45,5 g (para composición de la mata véase tabla N°8 en anexos), es decir, solo 1,431 g de cobre se fue a la escoria como Cu2O. Laboratorio N°3: Refinación de plomo El proceso Harris llevado a cabo plantea que en la escoria debe existir contenido de arsénico, antimonio y estaño que ascienden a la superficie siendo retiradas dichas impurezas, pero debido al retiro de estas en forma manual llega un punto en el que al retirar más escoria significa perdidas de plomo por arrastres en la escoria. Esto llevado a los datos obtenidos quiere decir que en los 1569,5 g de plomo existe una pequeña fracción que es escoria y que en los 113,82 g de escoria existe también un cierto contenido de plomo.

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5 CONCLUSIONES Laboratorio N°1: Fusión de concentrado de cobre El concentrado con 5% sílice y sometido a un flujo directo de aire obtuvo la mejor separación de fase entre escoria y eje, lo que además de ser un efecto del flujo directo de aire es también efecto de la cantidad de sílice, debido a que este concentrado tuvo un exceso de 0140 mol de sílice, menor a los demás, donde un exceso mayor de sílice provocó una separación difícil de observar entre las fases de escoria y eje. Laboratorio N°2: Obtención de blíster a partir de metal blanco La muestra 3 presentó los mejores resultados debido a que obtuvo una mejor separación de fases entre escoria y cobre blíster observada a través de la lupa, obtuvo un mayor porcentaje de variación de peso con un 5,77% debido a la mayor eliminación de azufre en forma gaseosa, SO 2, se obtuvo 44,069 g de cobre en el blíster, perdiéndose 1,431 g de cobre en la escoria, y finalmente con respecto a la cantidad de sílice se concluye que para la mata tratada no es necesario añadir sílice como fundente, debido a que la masa sílice necesaria para el proceso es 1,14 g, y la masa sílice en la mata es de 4,27 g, produciéndose el menor exceso comparado con las otras muestras, con 3,13 g de sílice en exceso. Laboratorio N°3: Refinación de plomo Por la visualización de la escoria formada en las tres etapas, se corrobora la eliminación de impurezas que se plantean en el proceso Harris con presencia de contenidos de arsénico, antimonio y estaño, además de cobre dados los colores y texturas observadas. Además en el proceso de refinación de plomo se generan pérdidas por arrastres con presencia de plomo en la escoria y presencia de escoria en el plomo. Por último se obtiene un porcentaje de variación de peso de un 16,57%, el cual no solo corresponde escoria sino que también corresponde a pérdidas de plomo en la masa final obtenida.

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6 RECOMENDACIONES Las sugerencias que pueden aportar a las experiencias que se realizan pasan en gran medida por los cuidados y precauciones que se deben tener en todos los casos, esto va enfocado a que se llevan a cabo procesos pirometalúrgicos lo que implica el uso de altas temperaturas, particularmente la fusión y conversión de cobre que se trabaja a 1.200°C y en el caso de la refinación de plomo que si bien es una temperatura menor (400°C) no deja de ser considerable. Por lo tanto, es recomendable siempre el uso de la protección necesaria que se requiere en estos procesos, junto con no dejar de considerar la exposición que se puede tener a gases contaminantes como SO2, entre otros. En la realización de las experiencias en sí, puede ser considerado un mayor número de muestras con distintas características, como para el laboratorio n°1 incluir una muestra más de flujo directo para tener igual cantidad de los dos tipos de flujo ayudando a comprender comparativamente y de mejor manera el efecto que puede tener el flujo de aire si es directo o indirecto. Para el caso del laboratorio n°1 se puede plantear una idea similar considerando una muestra adicional sin fundente, otra con mayor cantidad de CaO como único fundente o con distinta proporción de SiO2, así como también observar la formación de cobre blíster de otras experiencias bajo distintas condiciones de tiempo y exposición al oxígeno para tener una idea general más clara de los procesos realizados. En general, la idea de observar o someter una mayor cantidad de muestras a la experiencia a apunta a tener un espectro más amplio de posibilidades en cada situación, teniendo así varios factores a evaluar y comparar facilitando posteriormente la comprensión del proceso junto con el análisis que pueda implicar. Sobre el laboratorio n°3 se sugiere tener conocimiento sobre los diferentes tipos de procesos de refinación de plomo enfocándose en que impureza pretenden eliminar, los reactivos usados, los productos generados, etc.

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7 BIBLIOGRAFIA 

GALVEZ AHUMADA, Edelmira. Pirometalúrgica I apuntes para alumnos de Ingeniería Civil Metalúrgica. Antofagasta: Universidad Católica del Norte. Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas, 2003



MENA OLIVARES, Rossina, Manual Laboratorio de refinación a alta temperatura, Ingeniería civil metalurgia, Antofagasta, Chile. Edición Universidad Católica del Norte, 2017.



PEREZ ORTEGA, José. Simulación en Matlab del proceso Harris utilizado para la remoción de arsénico, antimonio y estaño en la planta pirometalúrgica Karachipampa. Oruro, Bolivia: Universidad Técnica de Oruro. Facultad Nacional de Ingeniería, 2013.

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8 ANEXOS Laboratorio N°1: Tabla N°7: Composición del concentrado 70 g CuFeS2 Cu2S FeS2 SiO2 Otros

% peso 40 35 15 7 3

Masa (g) 28,00 24,50 10,50 32,90 2,10

Cálculos balance fusión de concentrado de cobre 

Dado un concentrado de cobre de 70g con 28g de CuFeS 2 correspondiente a un 40% del peso del concentrado, se calculan los moles del compuesto mencionado:

nCuFeS2 = 

masa CuFeS2 28 g = = 0,152 mol Peso Molecular 184 g/mol

0,152 mol de CuFeS2 reacciona con 0,076 mol de O2: 2CuFeS2 + O2 → Cu2 S + 2FeS + SO2 0,152

0,076

0,076

0,152

0,076

De dicha reacción se forman 0,076 mol de Cu2O, 0,152 mol de FeS y 0,076 mol de SO2. 

El concentrado de cobre de 70g tiene también 10,5g de FeS 2 correspondiente a un 15% del peso del concentrado, se calculan los moles del compuesto mencionado:

nFeS2 = 

masa FeS2 10,5 g = = 0,088 mol Peso Molecular 120 g/mol

0,088 mol de FeS2 reaccionan con 0,088 mol de O2:

21

FeS2 + O2 → FeS + SO2 0,088

0,088

0,088 0,088

De dicha reacción se forman 0,088 mol de FeS y 0,088 mol de SO 2. 

Dada la suposición que todo el contenido de FeS va hacia la escoria, por las reacciones químicas anteriores se tiene un total de 0,240 mol que reaccionan con 0,360 mol de 02:

FeS + 0,240

3 O → FeO + SO2 2 2 0,360

0,240 0,240

De dicha reacción se forman 0,240 mol de Feo y 0,240 mol de SO 2. 

Los 0,240 mol de FeS reaccionan con SiO2 para formar Fe2SiO4: 2FeO + SiO2 → Fe2 SiO4 0,240

0,120

0,120

Para formar 0,12 mol de Fe2SiO4 a partir de 0,240 mol de FeS se requiere de 0,120 mol de SiO2. 

El concentrado de cobre de 70g tiene además 24,5g de Cu 2O correspondiente al 35% del peso del concentrado, se calculan los moles del compuesto mencionado:

nCu2 S = 

masa Cu2 S 24,5 g = = 0,153 mol Peso Molecular 160 g/mol

0,153 mol de Cu2S reaccionan con 0,230 mol de O2: 3 Cu2 S + O2 → Cu2 O + SO2 2 0,153

0,230

0,153

0,153

De dicha reacción se forman 0,153 mol de Cu2O y 0,153 mol de SO2.

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Cálculo cantidad de oxígeno y aire requerido: 

Las reacciones que tienen lugar en la fusión de concentrado de cobre requieren un total de: ∑ nO2 = 0,076 + 0,088 + 0,360 + 0,230 = 0,754 mol de O2



Para obtener la cantidad de oxígeno en litros se considera que bajo condiciones normales 1 mol se corresponde con un volumen de 22,4 litros por ende 0,754 mol de O2 serán equivalentes a 16,890 litros que son requeridos para la fusión del concentrado.



Para obtener el aire requerido se asume que consta de un 21% de O 2 y 79% de N2, por lo tanto si 0,754 mol de O2 corresponden al 21% entonces 2,836 mol de N2 son el 79%. El total de moles de aire sería 3,59 mol que bajo la relación anterior de volumen en litros corresponderían a 80,416 litros de aire requeridos.

Cálculo de sílice en exceso 

Anteriormente se determinó que son requeridos 0,120 mol de SiO2, el concentrado tiene inicialmente 4,9g de SiO2 los que equivalen a 0,082 mol y se tiene:



Para el concentrado 1 una masa de 28g de SiO 2 agregada equivalente a 0,467 mol resultando un total de 0,549 mol con 0,429 de ellos en exceso.



Para el concentrado 2 una masa de 14g de SiO 2 agregada equivalente a 0,233 mol resultando un total de 0,315 mol con 0,195 de ellos en exceso.



Para el concentrado 3 una masa de 3,5g de SiO 2 agregada equivalente a 0,058 mol resultando un total de 0,14 mol con 0,02 de ellos en exceso

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Laboratorio N°2: Tabla N°8: Composición del metal blanco, base de cálculo 70 g. Porcentaje (%) 65,00 3,20 17,00 6,10 8,70

Cu Fe S SiO2 Otros

Masa (g) 45,50 2,24 11,90 4,27 6,09

Tabla N°9: Porcentaje de fundentes utilizados. N° Crisol 1 2 3 4

SiO2 (%) 5 15 25

CaO (%) 4 -

Balance: Cu2 S 0,347 Cu2 S

+ O2 → 2Cu + SO2 0,347 0,694 0,347 3 O → 2 2 0,017

+

0,011

3 O 2 2→ 0,06

FeS

+

0,04 2FeO 0,038

2FeO 0,002

+

SiO2 0,019

Cu2 O + SO2 0,011 0,011 FeO + 0,04 →

Fe2 SiO4 0,019

1 Fe2 O3 O 2 2 → 0,001 0,00005

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SO2 0,04

*Consideraciones: 

95% del FeO formado se asocia con SiO2 para formar fayalita, el otro 5% se oxida a Fe2O3.



3% del Cu que entra, asociado al Cu2S, se va a la escoria como Cu2O.

Ejemplo calculo: Masa cobre (blister) = mCu = 0,694 mol ∗ (63,5 ∗ 2 + 32)g/mol = 𝟒𝟒, 𝟎𝟔𝟗𝟒 𝐠 Masa escoria = masa Cu2 O + masa Fe2 SiO4 + masa Fe2 O3 Masa escoria = 0,011 ∗ (63,5 ∗ 2 + 16) + 0,001 ∗ (55,8 ∗ 2 + 16 ∗ 3) + 0,019 ∗ (55,8 ∗ 2 + 28 + 16 ∗ 4) = 𝟕, 𝟕𝟐𝟏 𝐠 Masa silice necesario = 0,019 ∗ (28 + 16 ∗ 2) = 𝟏, 𝟏𝟒 𝐠 

Si 45,5 g de cobre entran y en el blíster se obtiene 44,069, entonces: %Cu blister =



44,069 ∗ 100 = 𝟗𝟔, 𝟖𝟓% 45,5

Ejemplo calculo porcentaje variación de peso muestra 3: %∆W = |

(Wf − Wo) 65,96 g − 70 g | ∗ 100 = | | ∗ 100 = 𝟑, 𝟏𝟑% Wo 70 g

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Laboratorio N°3: Sobre la refinación de plomo, existen diferentes métodos de eliminación de impurezas donde es importante destacar: 

Eliminación de bismuto en plomo: Proceso en el cual se busca eliminar la impureza de bismuto presente en el plomo mediante el uso de calcio y magnesio formando un complejo con el bismuto a una temperatura cercana a las 450°C bajo la siguiente reacción: 𝐶𝑎 + 2𝑀𝑔 + 2𝐵𝑖 → 𝐶𝑎𝑀𝑔2𝐵𝑖2

Se lleva a cabo este complejo ya que no resulta favorable convertirlo en sulfuro, óxido o cloruro. Otro aspecto relevante es que el bismuto es menos reactivo que el plomo. En cuanto a la eliminación se realiza por la solidificación del complejo formado, dejando finalmente un contenido de bismuto de bajo el 0,01%. 

Eliminación de cobre en plomo: En este proceso se busca eliminar el contenido de cobre presente en el plomo, esto se logra generando lodo de cobre que es producto sólido con un alto contenido de cobre capaz de situarse sobre el plomo fundido, mediante la aplicación de altas temperaturas al plomo. El uso de una pequeña cantidad de azufre elemental puede ayudar a eliminar también el cobre, estando bajo su punto de ebullición con un potencial mayor de azufre por su estado líquido, aunque se debe tener precaución ya que si el azufre se evapora o reacciona en su totalidad el contenido de cobre en el plomo aumentará.

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(1) PbS + 2Cu → Cu2 S + Pb (2) Pb + S → PbS (3) (2 − x)Cu + S → Cu2−x S Para una correcta eliminación de Cu se busca que la rapidez de la reacción (3) sea mayor. 

Proceso Parkes: Este método está orientado en la extracción de plata a partir de un concentrado de plomo. Para ello se utiliza zinc añadiéndolo al plomo impuro, éste forma fases sólidas estables con la plata que sobre el punto de fusión del plomo pueden precipitar y ser retirados los compuestos insolubles formados que se encuentran en la parte superior de la mezcla.

Cálculo de porcentaje de variación de peso: %∆W = |

(Wf − Wo) 1.569,50 − 1.881,34 | ∗ 100 = | | ∗ 100 = 16,57% Wo 1.881,34

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