PIROMETALURGIA II INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA TOSTACION PIROMETALURGIA II INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA

La reacción principal es gas-sólido, la que cambia la naturaleza química del mineral o concentrado El proceso de tostación es muy ordenado desde el punto de vista termodinámico Se lleva a cabo por dos principales razones que dependen del método de extracción de cobre que se siga posteriormente Temperatura de trabajo 500-800 oC

SOLIDO TOSTADOR CALCINA GAS A GAS B Donde: composición química sólido  composición química calcina composición química gas A  composición química gas B

Tipos de tostaciones Tostación oxidante Tostación magnetizante Tostación sulfatante Tostación clorurante Tostación carbonizante Tostación segregante Tostación volatilizante Tostación reductora Etc

Cabe hacer notar que : secado sinterización calcinación, secado sinterización también son considerados procesos de tostación

Reactores de tostación Hornos de pisos múltiples Hornos de lecho fluidizado Secuencia de operación: calentar 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 SO2 capacidades: 0.5-1.0 ton conc/m2 piso/día

Hornos de pisos múltiples

Hornos de lecho fluidizado reactor cilindrico alimentación : concentrados y aire partículas están rodeadas por aire la alta eficiencia de utilización del oxígeno Los gases contienen 10 a 15% de SO2 capacidades: 5-50 ton conc/m2/día

Horno lecho fluidizado

Reacción principal de tostación heterogénea exotérmica espontánea

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

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.

Go= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule) Reacciones secundarias en la fase gaseosa SO2 gas + ½ O2 gas  SO3 gas Go= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule) es muy importante conocer la proporción de gases inertes para predecir las presiones parciales de SO3 , SO2 y de O2.

Reacciones secundarias en la fase gaseosa S2 gas + 2 O2 gas  2 SO2 gas Go = -86520 + 17,48 T K a 700 oC = 1,23 1015 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  MeOMeSO4 + SO3 MeOMeSO4  2MeO + SO3

Reacciones de tostación del cobre Las especies mineralógicas mas comunes presentes en los concentrados de cobre son: Cu2S CuFeS2 CuS Cu5FeS4 FeS2 Cu3AsS4

Reacciones de tostación del cobre FeS2  FeS + ½ S2 (690 oC) 2CuS  ½ Cu2S + 1/4 S2 (560 oC) CuFeS2  ½ Cu2S + FeS +1/4 S2 (1300ºC) Cu5 FeS45/2 Cu2S+ FeS +1/4 S2 (1500ºC)

Reacciones de tostación del cobre temperaturas  500 oC Cu2S + SO2 + 3O 2  2CuSO4 CuS + 2 O2  CuSO4 CuFeS2 + 15/4 O2  CuSO4 + ½ Fe2O3 + SO2 Cu5 FeS4 +SO2 + 39/2 O2  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  2 CuFeO2 (ferrita cuprosa) CuO + Fe2O3  2 CuFeO4 (ferrita cúprica)

Diagrama de Kellog esquemático para el sistema Me-O-S 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 (área superficial) violencia 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

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

Cinética de la tostación   O2 SO2

Secado y calcinación Eliminación del agua contenida en sustancias por evaporación. La presión de vapor de agua debe ser mayor que la presión parcial del agua en la atmósfera circundante es un proceso endotérmico

Secado y calcinación se hacen pasar gases calientes a través o por encima de la sustancia hornos utilizados el el proceso son el horno rotatorio o bien en hornos de lecho fluidizado. durante la calcinación se eliminan agua, bióxido de carbono y otros gases

Secado y calcinación La calcinación es más endotérmica que el secado la velocidad de calcinación está controlada por el suministro de calor necesario por conducción a través de la capa de caliza calcinada la calcinación puede efectuarse en varios tipos de hornos, horno de cuba, horno rotatorio, lecho fluidizado