Universidad de Sonora

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Departamento de Ingeniera Qumica y MetalurgiaPirometalurgiaSecado y CalcinacinProfesor: Jimnez Ruiz Juan AntonioAlumno(a): Flix Flix YeseniaExpediente: 210214084Hermosillo, Sonora a 29 de enero de 2014

Secado y CalcinacinEl siguiente trabajo nos detalla ampliamente el procedimiento para que se lleve a cabo el secado y calcinacin y la diferencia entre las mismas.Primero definiremos lo que es el Secado: Secado es un proceso mediante el cual se elimina el agua contenida en sustancias como mena o coque por evaporacin. Es importante sealar que para la evaporacin se necesita que la presin de vapor del agua sea mayor que la presin parcial del agua en la atmosfera.Para obtener una velocidad de evaporacin muy alta es preferible que la presin de vapor sea mayor que la presin atmosfrica.El secado se efecta usualmente haciendo pasar gases de combustin calientes a travs o por encima de la sustancia. Se dispone de gases calientes a temperaturas muy altas. Si este no es el caso debe quemarse combustible adicional de alta calidad. El secado puede realizarse en varios tipos de hornos o en una cama fija o fluidizada.En cambio, durante la calcinacin se elimina agua, bixido de carbono entre otros gases que se encuentran enlazados qumicamente por hidratos y carbonatos. No existe una distincin de agua libre y agua enlazada qumicamente.La calcinacin es ms endotrmica que el secado. Para la reaccin de .La rapidez qumica de descomposicin de la caliza a 900 C es muy elevada por lo que la velocidad de calcinacin este controlada por el suministro del calor necesario por conduccin a traves de la capa de caliza calcinada.Un tiempo de calcinacin razonable opera con un exceso de temperatura relativamente grande en el gas de calentamiento.Para la calcinacin de caliza gruesa se utiliza el horno de cuba. Para materiales mixtos que se desintegran en el proceso se usan los hornos rotatorios. Para materiales de tamao pequeo y uniforme de las partculas de calcinacin puede efectuarse una cama fluidizada.

Balance de calor para la calcinacin en horno de cubaEl horno se carga con una mezcla de roca caliza y coque. Se coloca aire por el fondo del horno y se retira la caliza quemada.Se divide en 3 zonas:Zona de precalentamiento. En esta zona la carga solida se calienta a 800 C a contracorriente. Zona de reaccin. Aqu se le da lugar al quemado de coque y la descomposicin de la caliza.Zona de enfriamiento. La caliza calcinada se enfra con aire frio (hasta 100 C).

Otros hornos de calcinacin Horno de cuba calentado con petrleo. Este se quema en cmaras de combustin adyacentes al a cuba y los gases de combustin calientes se pasan a esta.Horno rotatorio. Se quema petrleo, gas o carbn pulverizado con aire y los gases de combustin calientes de pasan a travs del horno a contracorriente.Horno de cama fluidizada. Se inyecta petrleo pesado dentro de la cama en donde la combustin y la calcinacin suceden a la par. Uno de los hornos ms antiguos es el de anillos, se utilizaba para cocer ladrillos. Este consiste en varias cmaras arregladas de forma que parezca un anillo alrededor de una chimenea.

Tostacin de los sulfurosLa tostacin es la oxidacin de sulfuros metlicos para as poder producir xidos metlicos y bixidos de azufre.Ejemplo:

Tambin pueden tener lugar otras reacciones qumicas como lo son la formacin de y xidos como .Algunas menas tpicas que se tuestan son los sulfuros de cobre, zinc y plomo. El propsito principal es la conversin de los metales total o parcialmente en xidos.Como por ejemplo el bixido de azufre es un subproducto del proceso. Otro ejemplo puede ser cuando se tuesta pirita el gas es el producto principal y el oxido de hierro es un subproducto.La tostacin se efecta usualmente por debajo de los puntos de fusin de los sulfuros y los xidos, a temperaturas debajo de 900 C.Termodinmica de la tostacin Para la formacin de varios productos se puede mostrar por medio de las relaciones de equilibrio que existen en un sistema que contiene metal, azufre y oxigeno. Hay un mximo de 5 fases, 4 condensadas y 1 fase gaseosa.Algunos equilibrios que existen:

La composicin de la mezcla en estado gaseoso es la presin parcial de cualquiera de estos dos componentes gaseosos.Las relaciones de fase en el sistema ternario a temperatura constante se pueden demostrar mediante un diagrama bidimensional.

Las lneas que describen el equilibrio entre cualquiera de las dos fases condesadas son:

Imagen 1.2 Equilibrio y reas de predominancia a temperatura constante (Diagrama de Kellog) para el sistema Me-S-O.

Para las reacciones dadas antes y para todas las fases condensadas en sus estados normales:

Para describir las reacciones de la formacin de se dan estas ecuaciones:

Para valores fijos de , la relacin entre y , depende de las fracciones parciales de .Puede notarse que la presin parcial de se incrementa cuando se disminuye la presin parcial de y la de grande.El oxido puede convertirse en sulfato, que mediante un calentamiento en aire a temperatura constante se descompone para dar el oxido nuevo.La oxidacin de un sulfuro metlico para dar el metal correspondiente se le llama tostacin- reaccin, ya que antes se deca que algo del sulfuro deba convertirse primero en oxido el cual reaccionaba despus con este sulfuro restante para dar el meta. Esta se utiliza en la fusin y conversin de matas de menas sulfurosas y tambin en la fusin del plomo. Un esquema en el cual el sulfuro se tuera primero dando el oxido el cual se reduce despus.En la tostacin de menadas de sulfuros complejas pueden ocurrir otras reacciones. Para empezar los sulfuros pueden formar soluciones solidas y sulfuros complejos. En segundo lugar los xidos producidos puedes reaccionar entre s dando otros xidos ms complejos.

Imagen 1.2 . Horno de anillo. Lnea discontinua = flujo de gas, las chimeneas marcadas con x se encuentran cerradas.

Cintica de la tostacin La tostacin es el proceso en el cual un slido reacciona con un gas para formar otro solido y otro gas.Un ejemplo seria que durante la tostacin de se forman capas concntricas de .La capa del oxido es densa y la rapidez de tostacin es controlada por la difusin del oxigeno hacia adentro y la de azufre hacia afuera a travs de la capa del oxido. El hecho de que el sulfato ocupe un volumen mayo que la del oxido; as la capa de sulfato ser muy densa y la difusin de gases ser muy lenta.La formacin de ferritas tambin depende de la mena original. Si esta consiste en fases separadas de y esta se oxidara para formar , la mena original fuera una solucin solida de y .

Tecnologa de la tostacin La tostacin puede efectuarse en varios tipos de hornos como ya se ha mencionado con anterioridad. Otros tipos de hornos son:Horno de hogar mltiple. Este era agitado mecnicamente y duro muchos aos en la tostacin mayormente en la de los sulfuros. En la tostacin moderna centelleante y en cama fluidizada, la velocidad de tostacin es muy elevada y las prdidas de calor muy pequeas. La capacidad de un tostador de cama fluidizada est determinada por la rapidez de de tostacin qumica y la cama fluidizada.Para la menada de grano grueso ( 1-6 mm) se puede operar con un alto flujo de aire sin que se tengan perdidas excesivas. La tostacin en seco puede efectuarse a temperaturas en las que se obtenga un producto sintetizado o a un fundido.

Tostacin CloruranteEsta tipo de tostacin convierte los metales no ferrosos que se encuentra, por ejemplo la pirita en una forma que sea soluble en agua. La ceniza de pirita contiene cantidades de Cu, Zn, S, etc. Y se tuesta a una temperatura de 500- 600C.Se forman cantidades de , probablemente se forme alguna mezcla de sulfatos y cloruros con bajo punto de fusin.El producto tostado se lixivia subsecuentemente en un acido para recuperar los metales no ferrosos.Otro tipo de tostacin clorurante se usa para convertir los metales no ferrosos en cloruros voltiles. Y esto debe de realizarse a temperaturas muy elevadas ya sea con cloruro de calcio o cloro.En los distintos procesos efectuados en menas de sulfuros como tostacin sinterizacin, fusin y conversin se producen gases con concentraciones muy diversas de , si esta es mayor al 5 % los gases pueden utilizarse en la produccin del acido sulfrico o para comprimirse para formar dixido de azufre liquido. Para concentraciones menores el puede eliminarse de muchas maneras, como por ejemplo: Reaccin roca caliza y agua en una torre de absorcin en la que se forma y se escurre. Absorcin. El gas que se obtiene de esta manera puede usarse para la produccin de acido sulfrico o puede comprimirse para formar dixido de azufre liquido.

Imagen 1.3 Reactor de cama fluidizada para la tostacin de concentrados de sulfuro.