Universidad Técnica de OruroCarrera de Ingeniería Metalúrgica

MET 2213 Pirometalurgia I

Operaciones de preparación de carga:

TOSTACIÓN

DefiniciónVariables Termodinámicas de Proceso:

TemperaturaComposición de la fase gaseosa

CinéticaTamaño y forma de la partículaComposición químicaPorosidad inicial y del productoTransferencia de calorTipo de horno utilizado

Aplicación industrial

HORNO DE TOSTACIÓN

HORNO DE REDUCCIÓN

ConcentradoPbS (ZnS)

O2

SO2

PbO (ZnO)

BulliónPb

Escoria(Zn)

C, O2

CO2

Flujograma de obtención de plomo crudo

Aplicación industrial

TOSTACIÓN

SINTERIZACIÓN

REFINACIÓN

REDUCCIÓN

Enriquecimiento en horno rotatorio

ZnS ZnCO3

Reductor Fundentes

Zinc crudo

Zinc refinado

EscoriaGasesFlujograma de obtención de zinc crudo

Tipos de tostación

-Tostación oxidante

-Tostación sulfatante

-Tostación clorurante

-Tostación magnetizante

-Tostación carburante

-Tostación volatilizante

-Tostación alcalina

Fundamentos de la tostación oxidante

Calores de reacción de las reacciones de tostación.

Reacción ΔHº298 ºK, Kcal2 FeS2 + 5.5O2 = Fe2O3 + 4 SO2

2 FeS + 3.5 O2 = Fe2O3 + 2 SO2

ZnS + 1.5 O2 = ZnO + SO2

PbS + O2 = PbO + SO2

C + O2 = CO2

- 398.3- 298.9

- 106- 99.5

-- 94.05

Diagramas de Kellog

Diagrama de estabilidad del sistema Fe – S – O a 600 ºC

-20 -15 -10 -5 0Log Po2

5

0

-5

-10

Log

Pso 2

Fe O3 4 Fe O2 3

Fe (SO )2 4 3FeSO4FeS2

FeS

P O = 0.2Σ 2 Pso = 0.00001 at

3

Pso = 0.001 at

3

Pso = 0.1 at3

Diagrama de estabilidad del sistema Cu – S – O - temperatura

Diagrama de estabilidad del sistema Me-S-O-T

Diagrama de estabilidad del sistema Fe – S- O - T

0

-5

-10

-15

-20

-25

- 30

700 600 550 500 450 400TEMPERATURA; ºC

Log

Po2

10 11 12 13 14 151/T * 10.000, 1/ºK

Fe (SO )2 4 3

FeSO4Fe O2 3

Fe O3 4FeS

FeS2

P O = 0,2Σ 2

Mecanismo de tostación

1. Difusión de oxígeno a través de la capa límite.

2. Difusión de oxígeno a través de la capa de productos.

3. Reacción química entre el oxígeno y el sulfuro metálico.

4. Difusión del anhídrido sulfuroso a través de la capa de producto.

5. Difusión del anhídrido sulfuroso a través de la capa límite

Mecanismo de oxidación de la pirita

Tostación reductora Tostación oxidante

Pirita

Pirrotita

Magnetita

Hematita

% M

ASA

FeS FeS Fe O Fe O2 3 4 2 3

GRADO DE OXIDACIÓN

Mecanismo de oxidación de la pirita

FeS FeS + 0,5 S2 2 FeS Fe O3 4 Fe O Fe O3 4 2 3S ..

. ..

.

...

..

.

..

... .

.. ..

Pirita

La pirrotita muestra variosgrados de porosidad. Se observan granos de pirro-tita sólida ocasionalmente

Difusión de azufre gaseosohacia la superficie del granodonde es oxidado hasta SO2. Ocurre una recristaliza-ción de la pirrotita y una re-d u c c i ó n d e v o l u m e n .

Se desarrollan fisuras ensentido normal a la super-ficie de la partícula. Des-pues que el radio Fe:S es 1,la pirrotita empieza a oxidar-s e a m a g n e t i t a .

Calentamiento excesivopuede causar sinteriza-ción, y por tanto, se des-t r u y e n l o s p o r o s .

Se desarrollan variastexturas de poro. Ocurredifusión en los límites degrano del sulfuro recris-talizado. .

El tamaño de poro incremen-ta con el aumento de la tem-peratura, pero el tamaño de`poro de las calcinas varía. .

Tostación sulfatanteObjetivo.

Someter la muestra a calentamiento y la acción de una fase gaseosa con el fin de obtener la transformación química del sólido a la forma de sulfato.

A partir de sulfuro:MeS + 2O2 = MeSO4

Me2S + SO2 + 3O2 = 2MeSO4

A partir de un óxido:MeO + SO2 + 0.5 O2 = MeSO4

Sistema S – O - temperatura

0 100 200 300 400 500 600 700 8000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

File: C:\HSC6\Gibbs\GibbsIn.OGI

C

kmol

Temperature

SO3(g)

SO2(g)

O2(g)

N2(g)

Diagrama de equilibrio de la reacción SO2 + 0.5 O2 = SO3 para una relación [O2/SO2]inicial = 2/1.

Sistema S – O a 600 ºC

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.00.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

File: C:\HSC6\Gibbs\GibbsIn.OGI

kmol

kmol

O2(g)

O2(g)

SO2(g)

SO3(g)

S2(g)

N2(g)S6(g)S7(g)S3(g)S8(g)S4(g)S5(g)

Energías libres de formación de sulfatos

Descomposición de sulfatos

Tostación sulfatante selectiva Problema

A que temperatura se debe tostar un mineral compuesto por FeS2, Cu2S y ZnS, para obtener una calcina compuesta por:

a) Fe2O3 , CuSO4, ZnSO4b) Fe2O3, CuO y ZnSO4

Si la composición de la fase gaseosa en el horno es de 10% Oxígeno y 0,75% anhídrido sulfuroso, y la planta de tostación se encuentra en Oruro (Presión atmosférica 0,64 atm).

Tostación oxidante en procesos industriales de zinc

Hornos de tostación

Horno de tostación instantánea horno de pisos

Hornos de tostación

Horno de lecho fluidizado

Consideraciones Ambientales de los Procesos de Tostación de Sulfuros

Lluvia ácidaLavado de gasesReglamento de Contaminación atmosférica de la Ley 1333 de Medio Ambiente