TOSTACION
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TOSTACION PIROMETALURGIA
•
La tostación tostac ión es una oxidación ox idación parcial de los concentrados de sulfuro sulf uro metálicos con aire y la eliminación eli minación parcial del sulfuro en forma f orma de SO2 que consiste en calentar en hornos, el mineral o concentrado concentrado finamente pulverizado pulverizado en en corriente de aire, obteniendo óxido metálico y dióxido de azufre. En algunos casos se obtiene el metal
Los objetivos de la tostación son •
•
Transformar los sulfuros en óxidos óxidos y dióxido de azufre a zufre que nos lleva a la obtención obt ención del óxido óxido del metal Ejemplo Testación de pirita – –
•
Tostación de la blenda y la galena: – –
•
–
•
SHg + O 2 --------- Hg + SO 2
Tostación de la calcosina: c alcosina: –
•
2 SZn + 3 O 2 -- 2ZnO + 2 SO 2 2 SPb + 3 O 2 - 2PbO + 2 SO 2
Tostación del cinabrio: –
•
FeS + O2 SO2 + FeO Ej 2FeS2 +11/2 O2 --> Fe2O3 +4SO2
2SCu 2 +3 O 2 -- 2OCu 2 +2SO2 2OCu 2 +2 SO 2 ------ 6Cu+ SO 2
Utilizar el calor de la tostación t ostación para secar y calentar la carga antes de ser introducida al horno de fundición c oncentración de cobre en el producto de fundición, es Aumentar la concentración decir, en la mata líquida líquida
TEMPERATURA Y PRODUCTO •
•
La tostación se lleva a cabo entre 500 y 700ºC, dentro de los tostadores tipo hogar o de lecho fluidificados, bajo condiciones bien controladas. El producto de la tostación es una mezcla de sulfuros, sulfatos y óxidos, cuya composición puede variarse mediante el control de la temperatura del proceso de tostación y la relación aire concentrado –
Ej. PRETRATAMIENTO DE CONCENTRADO •
•
Los concentrados de cobre luego del proceso de secado se alimentan directamente a los hornos de fusión convenientemente mezclados con fundente para que en éste se funda y se separen las fases condensadas del gas. Durante el calentamiento del concentrado a alta temperatura ocurren reacciones que se pueden denominar de pre - tratamiento del concentrado, son las denominadas reacciones de tostación que se efectuaban en reactores separados al de fusión.
ESQUEMA DE TRATAMIENTO DE SULFUROS METALICOS
CLASIFICACIÓN DE LOS SULFUROS •
1. Sulfuros salinos o iónicos • • •
•
2. Sulfuros de los metales pesados de carácter semimetálico •
• •
•
•
Cobre, hierro, níquel, cobalto, plomo y plata. Coloreados y con brillo metálico. Insolubles en agua.
Insolubles en las escorias pero más o menos solubles en los metales fundidos. Son los formadores principales de la fase mata.
3. Sulfuros intermedios •
• •
•
Metales alcalinos y alcalinotérreos. Incoloros, más o menos solubles en agua, solubles en las sales fundidas y las escorias e insolubles en los metales.
Aluminio, cinc y manganeso. También coloreados e insolubles en agua.
Ligeramente solubles en las escorias, solubles en las matas e insolubles en los metales.
4. Sulfuros volátiles Arsénico, cadmio y mercurio. –
Aparecen en forma volátil.
CARACTERISTICAS DE TOSTACION DE CONCENTRADOS
1.
Reacción principal es gas-sólido, la que cambia la naturaleza química del mineral o concentrado
2.
El proceso de tostación es muy ordenado desde el punto de vista termodinámico
3.
Se lleva a cabo por dos principales razones que dependen del método de extracción de cobre que se siga posteriormente
4.
Temperatura de trabajo 500-800 oC
APLICACIONES 1. Tostación de calcopirita con cal, para producción de óxidos de cobre lixiviables, y 2. Tostación de Molibdenita para producción de trióxido de molibdeno
TOSTACION DE CONCENTRADOS Facilita el tratamiento posterior de los minerales. Modificar su composición química y eliminar algunos componentes volátiles. Se calienta en presencia de reactivos a temperatura inferior a la de su fusión. Ocurren reacciones sólido-gas a temperaturas de 500 y 800ºC. Según los reactivos, la tostación se clasifica en: -Oxidante -Clorurante -Reductora
SOLIDO GAS A
TOSTADOR
GAS B CALCINA
Donde: •
composición química sólido
composición química calcina
•
composición química gas A
composición química gas B
TIPOS DE TOSTACION
Tipos de tostaciones
Tostación oxidante
Tostación magnetizante Tostación sulfatante Tostación clorurante
Tostación carbonizante Tostación segregante Tostación volatilizante
Tostación reductora
Tostación oxidante. Ejemplo: minerales sulfurados de cinc Tostación sulfatante. Ejemplo: minerales sulfurados de cobre Tostación clorurante. Ejemplo: minerales de plata Tostación de menas refractarias. Ejemplo: minerales de oro y plata
Reactores de tostación
Hornos de pisos múltiples
Hornos de lecho fluidizado
Secuencia calentar
de operación:
el horno hasta alcanzar la temperatura de ignición
del concentrado Iniciar alimentación Alimentación de
combustible
Hornos de pisos múltiples
reactor cilindrico (6m de diámetro y 15 m de alto)
alimentación : concentrados y aire
desplazamiento de la carga por medio de rastras
Los gases contienen 4 a 6% de SO 2
capacidades: 0.5-1.0 ton conc/m 2 piso/día
Hornos de pisos múltiples
Hornos de lecho fluidizado reactor cilindrico alimentación
partículas están rodeadas por aire
la
alta eficiencia de utilización del oxígeno
Los
: concentrados y aire
gases contienen 10 a 15% de SO 2
capacidades: 5-50 ton conc/m 2/día
Horno lecho fluidizado
Gas aplanta de ácido Ciclón recuperador de calcina
alimentación
Toberas
75-90 %
aire
Producto 10-25 %
HORNOS DE TOSTACION Marcas
Nº de hornos
Capacidad Total
Capacidad de media Tm/día
Tm/día
%
De cuba
150
0,5
60
1
Lurgi
115
13
1.494,5
30
Cros
59
9
536
11
Hércules
22
12
250
5
Parent
17
5
85
2
Maguin
14
10
132
3
Chemiebau
12
40
480
9
Moritz
11
11
122
2
Harry s
7
7
51
1
Dorr-Oliver
6
110
670
13
Raschka
6
50
305
6
Otros
37
23
878
17
Total
426
5.023,5
100
´
Reacción principal de tostación MeSsólido + 3/2 O2 gas heterogénea exotérmica espontánea
MeO sólido + SO2 gas
Reacciones secundarias
En la fase gaseosa
En
la fase sólida
Reacciones secundarias en la fase gaseosa
Durante la tostación la fase gaseosa contiene los siguientes elementos
Oxígeno (aire) azufre (sulfuros) hidrógeno (humedad) nitrógeno (aire) carbono (carbonatos)
Reacciones secundarias en la fase gaseosa
Bajo las condiciones de un tostador que opere con atmósferas altamente oxidantes en la fase gaseosa tendremos solo presencia de: O2 SO2 SO3 N2 H2O CO2.
Reacciones secundarias en la fase gaseosa SO2 gas + ½ O2 gas Go=
SO3 gas
-21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule) K
pSO 3 pSO 2 (pO 2 )1/2
es muy importante conocer la proporción de gases inertes para predecir las presiones parciales de SO 3 , SO2 y de O2.
Reacciones secundarias en la fase gaseosa S2 gas + 2 O 2 gas o G
2 SO2 gas
= -86520 + 17,48 T
K a 700 oC
K
= 1,23 1015
pSO22 pS2 (pO2 ) 2
2
pS2 10
-15
pSO2 pO (atm) 2
De acuerdo a esto la descomposición piritica está favorecida debido a que la presión de equilibrio es muy baja
Reacciones secundarias en la fase sólida
MeSO4
MeO + SO3
MeSO4
MeO2 + SO2
2MeSO4
MeOMeSO4 + SO3
MeOMeSO4
2MeO
+ SO3
Reacciones de tostación del cobre Las especies mineralógicas mas comunes presentes en los concentrados de cobre son: Cu2S CuFeS2 CuS Cu5FeS4 FeS2 Cu3 AsS4
Reacciones de tostación del cobre
FeS2
FeS + ½ S2
2CuS
CuFeS2
Cu5 FeS45/2 Cu2S+ FeS +1/4 S2
½ Cu2S + 1/4 S2
½ Cu2S + FeS +1/4 S2
(690 oC) (560 oC) (1300ºC) (1500ºC)
Reacciones de tostación del cobre temperaturas
500 oC
Cu2S + SO2 + 3O 2
CuS
CuFeS2 + 15/4 O2
Cu5 FeS4 +SO2 + 39/2 O2
+ 2 O2
2CuSO4
CuSO4 CuSO4 + ½ Fe2O3 + SO2
5 CuSO4 + ½ Fe2O3
Reacciones de tostación del cobre temperaturas
650 oC
2 CuFeS2 + 7 O2
CuOCuSO4 + Fe2O3 + 3 SO2
temperaturas mayores a 900 oC
tostación a muerte
Cu2O + Fe2O3
CuO
+ Fe2O3
2 CuFeO2 (ferrita cuprosa) 2 CuFeO4 (ferrita cúprica)
Representación
gráfica del equilibrio de
tostación
Diagrama de Kellog esquemático para el sistema Me-O-S
Diagramas
de equilibrio de los sistemas Cu-O-S y Fe-O-S
Cinética
de la tostación
La oxidación de los sulfuros con aire es de naturaleza homogénea, las velocidades de tostación dependen de: tamaño de partícula violencia
(área superficial)
del contacto aire/partícula
concentración de oxígeno temperatura del
gas.
Cinética
de la tostación
Un factor de considerable importancia en la tostación es la temperatura de ignición, que corresponde a la menor temperatura a la cual la partícula de mineral se oxidará en forma suficientemente rápida para mantener o aumentar la temperatura del tostador
Cinética
de la tostación
Temperaturas de ignición de minerales sulfurados de cobre y fierro en aire
mineral
Temperatura de ignición oC
CuS
400
Cu2S
450
CuFeS2
300
FeS 2
400
FeS
400
Cinética
de la tostación
Los posibles pasos controlantes de un proceso de tostacion son: 1. Difusión del reactante gaseoso (O2) a través de la capa de productos sólidos. 2. Adsorción de O2 sobre la superficie del sólido en la interfase de reacción. 3.
Reacción química en la interfase gas/sólido.
4. Desorción del producto gaseoso (SO2) a través de la capa de producto sólido
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