DIAGRAMAS DE KELLOGG

DIAGRAMAS DE KELLOGGISABEL PREZ CHA ELKIN ESPINOSA GARCADEIMER ROMERO POSADADANIEL LANCHEROS TORRES

PIROMETALURGIA

CONTENIDOINTRODUCCINTOSTACIN DE SULFUROSTERMODINMICA DE LA TOSTACINDIAGRAMAS DE ESTABILIDADTIPOS DE DIAGRAMA DE ESTABILIDADDIAGRAMAS DE KELLOGGCMO SE CONSTRUYE EL DIAGRAMA DE KELLOGG?ASPECTOS GENERALES DEL DIAGRAMA DE KELLOGGSISTEMA Fe S O ALGUNAS DIFERENCIAS EN LOS DIAGRAMAS DE KELLOGCONCLUSIONESBIBLIOGRAFA

INTRODUCCINEl comportamiento fsico-qumico de los sistemas (M-O-S)Metal Oxgeno Azufre, es de mucha importancia para la comprensin de los procesos de:

TOSTACIN DE SULFUROSTOSTACIN

Es la oxidacin de los sulfuros metlicos para producir xidos metlicos y bixido de azufre.

MS + 3/2 O2 MO + SO2 TOSTACIN DE SULFUROSMENAS TPICAS QUE SE TUESTANTERMODINMICA DE LA TOSTACINLas condiciones necesarias para la formacin de distintos productos de tostacin pueden ilustrarse mediante las relaciones de equilibrio que existen en un sistema que contiene los siguientes tres componentes:

Se tienen 3 componentes y, de acuerdo con la regla de las fases, se puede obtener un Mximo de 5 fases:4 fases condensadas y 1 fase gaseosa

REGLA DE LAS FASES DE GIBBSP + F = C + 2P = C + 2 FP = 3 + 2 F F = 0 mnimo valor3 componentes metal, oxigeno, azufre Donde:P = nmero de fases presentes en el equilibrioC = nmero de componentes del sistemaF = nmero de grados de libertad del sistema (variables: presin, temperatura, composicin)El nmero 2 en la regla corresponde a las variables de temperatura T y presin P.

La fase gaseosa contiene normalmente SO2 y O2, aunque SO3 y an S2 pueden encontrarse presentes.

Entre estos componentes gaseosos existen los siguientes equilibrios:

S2 + 2O2 = 2SO22SO2 + O2 = 2SO3

TERMODINMICA DE LA TOSTACINPara una temperatura dada, la composicin de la mezcla gaseosa est definida por la presin parcial de cualquiera de los dos componentes gaseosos.

Para composicin constante de gas, la composicin de las fases condensadas est fija. As las relaciones de fase en el sistema ternario a temperatura constante pueden describirse por medio de un diagrama bidimensional en donde las coordenadas son las presiones parciales de los dos componentes gaseosos. Estos son denominados diagramas de Kellogg.

DIAGRAMAS DE ESTABILIDADLos diagramas de estabilidad se usan para:

Hay innumerables diagramas de estabilidad.Ejemplos:

TIPOS DE DIAGRAMAS DE ESTABILIDADTemperatura Vs. % PesoLog PSO2 Vs. Log PO2CO2 / CO Vs. TemperaturaLog Pi Vs. 1/Temperatura DIAGRAMAS DE KELLOGGLos diagramas de estabilidad de los sistemas M O S, llamados tambin diagramas de predominancia de reas, muestra zonas o reas definidas, dentro de las cuales es predominante, es decir estable, cierta especie, en funcin de presiones parciales y temperatura. Estos diagramas tienen particular importancia en metalurgia extractiva, porque conocindoles, se puede llegar a establecer el proceso a seguirse en cierto tipo de concentrado.

DIAGRAMAS DE KELLOGGLas reas predominantes, en funcin de presiones y temperatura, darn pautas para determinar si el proceso conveniente ser una tostacin: sulfatante, oxidante, tostacin reduccin, etc., o una reduccin directa, o reduccin previa oxidacin de sulfuros, o tostacin seguida de lixiviacin, etc.

Las lneas muestran los equilibrios bivariantes y los puntos muestran equilibrios univariantes (equilibrios entre tres fases).

1)Se identifica cada una de las reacciones 2MeS + 3O2 2MeO + 2SO2

2MeS + 2SO2 + O2 2MeSO4

2)Se obtienen las constantes de equilibrio con la siguiente ecuacin:GT = -RT LN (k)

CMO SE CONSTRUYE EL DIAGRAMA DE KELLOGG?3) teniendo la constante K, las reemplazamos en la ecuacin de constante de equilibrio:

4) luego aplicamos logaritmos a ambos lados de la igualdad y despejamos log Pso2.Log Pso2 = 1/2Log K + 3/2Log Po2

Log Pso2 = -1/2Log K - 1/2Log Po2

5) Despus graficamos log (Pso2) vs. log (Po2)

Con este procedimiento vamos a obtener las lneas de estabilidad termodinmica, segn la reaccin seleccionada.ASPECTOS GENERALES DEL DIAGRAMA DE KELLOGGPara una estequiometria de reaccin dada, la forma de la expresin de equilibrio es la misma para todos los metales, solo los valores de las constantes de equilibrio K, son distintos de metal a metal.Las lneas que se obtienen representan el limite de estabilidad termodinmico.El rea que queda entre las lneas se va a llamar rea de predominancia o de estabilidad de fase en particular.

ASPECTOS IMPORTANTES EN LA TOSTACINCuando la tostacin se efecta en aire, la suma de las presiones parciales de SO2 y O2 es alrededor de 0.2 atm.La temperatura de formacin de sulfato difiere considerablemente de metal a metal. la mayor temperatura de tostacin se alcanza en el caso del plomo y el zinc y menores temperaturas en caso del cobre y nquel.Durante la tostacin de menas de sulfuros complejas pueden ocurrir otras reacciones.Los xidos producidos pueden reaccionar entre si dando xidos complejos.

SISTEMA Fe S O

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Los dos puntos analizados anteriormente constituyen los extremos de la Lnea de equilibrio Fe FeS.

TECNOLOGA DE LA TOSTACIN

La tostacin puede efectuarse en varios tipos de hornos , durante los ltimos aos el mas usado es el horno de lecho fluidizado.

ALGUNAS DIFERENCIAS EN LOS DIAGRAMAS DE KELLOG

Sistema Fe-O-ST: 700 KSistema Pb-O-ST: 1000 KCONSTITUCIN DE UNA PARTCULA TOSTADA

Difcil obtener una tostacin completa, debido a la difusin a travs de las capas de sulfatos.CONCLUSIONESEl diagrama de Kellogg es una herramienta de gran ayuda para controlar las reacciones que ocurren durante la tostacin, indicndonos la estabilidad termodinmica que hay en ellas, y pudiendo a su vez predecir el producto que se va a obtener con las condiciones de presin existentes durante el proceso.

Existe un diagrama representativo para cada temperatura.

CONCLUSIONESLa lnea de equilibrio de un diagrama de Kellogg ser vertical cuando en la reaccin solo exista oxgeno. Dicha lnea ser horizontal cuando en la reaccin solo exista dixido de azufre. La lnea presentar pendiente en el caso donde existan ambos gases.

La determinacin de la zona que ocupa uno de los componentes del equilibrio se hace conociendo el equilibrio de uno de los componentes en otras reacciones y su distribucin en el sistema.

BIBLIOGRAFAMALDONADO CERN, Luis Alfonso. Fundamentos de los procesos pirometalrgicos. Bucaramanga: UIS, 1985. ROSENQVIST, Terkel. Fundamentos de metalurgia extractiva. Mxico: Limusa, 1987. 564p.JOFFR, Juan. Termodinmica metalrgica. Universidad Autnoma de San Luis Potos, 1993.GASKELL, David. Introduction to metallurgical thermodynamics. Washington: Scripta publishing, 1973. 520p.COUDURIER, Lucien. WILKEMIRSKY, Igor. Fundamentos de los procesos metalrgicos. Chile: Universidad de concepcin, 1971. 536p.