ALTOS HORNOS

Sistema de un alto horno

Los altos hornos son grandes hornos verticales utilizados para reducir óxidos en su forma metálica, tales como: hierro, plomo, zinc. El material es alimentado por arriba del eje acompañado del coque. Los sólidos se mueven hacia abajo a contracorriente a un flujo de gases calientes. La carga sólida es calentada y empiezan las reacciones. Una corriente de gas es introducida por el fondo del horno por medio de tuberías. El gas precalentado es usualmente aire o aire enriquecido con oxigeno. El oxigeno es totalmente consumido por la combustión con carbono del coque formando CO2. A muy altas temperaturas creadas por la combustión, el CO2 reacciona inmediatamente con carbono para formar CO conforme la reacción de Boudouard. CO y N del aire alimentado suben por el eje. CO y C en el coque reaccionan con el material oxidado en movimiento. El metal es producido y fluye a la base del eje y forma una base de liquido fundido.

Las temperaturas de fundición de los materiales que acompañan al metal, son excedidas en una pare mas baja del eje, formando la escoria, esta fluye hacia abajo y forma una capa sobre el metal. Sólidos y gases son alimentados al horno, mientras que los líquidos y gases son removidos. Los metales líquidos recuperados del alto horno contienen otros elementos reducidos durante la fundición y es necesaria una refinación posterior.

Proceso del hierro en un alto horno La función principal del alto horno es el de remover el oxigeno del oxido de hierro. El control de la oxidación y reacciones que se tendrán en el horno se pueden calcular por medio de un diagrama de fases, en este caso Fe-O-C. 1.- se puede calcular la composición de los gases en el equilibrio para cualquier reacción: 2.- se puede leer la fase en equilibrio que es estable cuando el oxido de hierro es expuesto a cierta composición de gas:

Reacción de Boudouard Es una importante reacción que ocurre en la fundición de hierro, en un alto horno. En donde los óxidos de hierro son reducidos, de forma directa con el carbono sólido en la parte baja del horno y por reducción indirecta con el gas CO en la parte alta el gas producido es CO2. El CO2 reacciona con el carbono sólido para producir CO, el cual estará disponible para futuras reacciones con los óxidos de hierro. Esta reacción se continua dando hasta que todo el Fe3O4 es reducido.

Fundición del plomo en un alto horno La producción de plomo en un alto horno tiene sus trucos. Solo algunas condiciones son requeridas para obtener la reducción del plomo oxidado. Las diferencias con la fundición del hierro son: 1.- el horno utilizado con el plomo es mas pequeño y tiene una sección rectangular con los tubos de entrada de gas en los lados. 2.- Las condiciones de reducción son muy bajas por lo que el hierro oxidado no se reduce y fluye con otros componentes no deseados formando escoria. 3.- La temperatura del horno es mucho menor, alrededor de 1200ºC comparado con los 1800ºC del horno para hierro. 4.-La parte superior del horno esta revestido con ladrillo refractario pero a parte baja del horno tiene placas de acero debido a la naturaleza corrosiva de la escoria. El acero es enfriado con agua. La escoria se enfría en la superficie y actúa como capa protectora para el acero. El horno esta revestido de ladrillo de magnesio.

La fase primaria en el mineral de plomo es PbS, en donde la fundición directa con carbono es imposible. Es necesario primero una sinterización - tostación, el sulfuro es removido y se produce un clinker poroso compuesto de oxido de plomo y silicato de plomo. El sinterizado, el flux y el coque son cargados por la parte superior del horno. El flux esta compuesto por silica y limestone y son agregados para obtener una escoria deseable. El coque es cargado como el agente reductor. El gas producido es SO2 y es diluido con aire para reducir las emisiones en ppm.

Química de la reducción

OXIDOS Muchos oxidos pueden ser reducidos por C, CO, H2 y algunos metales. HALUROS El hidrogeno es termodinámicamente desfavorable para reducir haluros. Sin embargo, debido a la naturaleza gaseosa de uno de los productos, por ejemplo, HCl, es posible para quitarlos continuamente de la mezcla de reacción a fin de desplazar el equilibrio. Aún bajo tales condiciones, la fracción de hidrógeno utilizada sería muy pequeño. Es por ello que solo unos pocos haluros son reducidos por hidrógeno. El carbono es también inútil como un agente para reducción de haluros. Por estas razones los haluros se reduce siempre por los metales. Esta ruta es elegida cuando la reducción de óxidos no es posible. La reducción de haluros de hidrógeno se utiliza principalmente para depositar una capa delgada de metal sobre otro metal.

SULFUROS Reducir un sulfuro a metal no se aplica a cualquier medida apreciable para las razones siguientes: El carbono es inútil como un agente reductor y si la reducción es posible, entonces CS2 formado creará un problema para eliminación. El hidrógeno es también inútil como un agente reductor, porque la reducción es termodinámicamente desfavorable. Sulfuro de plomo puede ser reducido por el hidrógeno, pero a la temperatura de reducción, cantidades apreciables de PbS se volatilizan. La reducción por metales tiene un alcance limitado, el agente reductor utilizado es el hierro “basura”, el metal mas barato. El proceso es viejo e ineficiente debido a que el sulfuro del metal se disuelve en los FeS formados. Se utiliza para la reducción de concentrados de estibina y en cierta medida la galena.

CIANUROS cianuro cuproso puede obtenerse fácilmente en una forma pura mediante métodos hidrometalúrgicos (precipitación a partir de una solución de CuSO4 por HCN en presencia de SO2 como un agente reductor a 90 ° C). Se encontró que CuCN puede reducirse por H2 a 400 ° C para producir el cobre metálico y gas de HCN para reciclar en la etapa de precipitación. Proceso conocido como Proceso de Treadwell. SULFATOS Algunos sulfatos se reducen a sulfuros, otros a óxidos, y muy pocos a metales.

FOSFATOS Roca fosfática mezclada con arena de cuarzo se reduce por el carbono en un horno eléctrico para producir vapores de fósforo elemental y escoria de silicato de calcio. El uranio (y vanadio) generalmente presente en pequeña cantidad en la roca entrar en la escoria, mientras que el óxido de hierro presente como impureza se reduce a hierro, el cual se combina con fosforo debajo de la escoria. Esta es la principal fuente de ferrofósforo utilizado a veces como un aditivo en la fabricación de acero. Cuando se desea un alto rendimiento de ferrofósforo, se añade a la carga chatarra de hierro o de mineral de hierro.