Universidad Técnica de OruroCarrera de Ingeniería Metalúrgica

MET 2213 Pirometalurgia I

Operaciones de preparación de carga:

TOSTACIÓNParte 2

Ing. Carlos Velasco Hurtado

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1. Tostación volatilizante

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Presiones de vapor de compuestos de arsénico, antimonio, bismuto y plomo.

Tostación de menas con As

Minerales de arsénico:la arsenopirita (FeAsS),

rejalgar (AsS) oropimente (As2S3)

ObjetivoLa tostación de minerales arsenicales, tiene por objetivo eliminar al mismo tiempo el arsénico y el azufre,

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Termodinámica del proceso

4MET 2213 Pirometalurgia I UTO FNI Carrera de Metalurgia

FeS + FeAsS2

FeSO4 Fe (SO )2 4 3

Fe O2 3Fe O3 4

FeS

Fe

As As O2 3AsO2

As

O 25

As S2 3

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Log PO2

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

Log

PSO

2

Condiciones oxidantes:12 FeAsS + 29 O2 ↔ 4 Fe3O4 + 3 As4O6(g) + 12 SO2

Condiciones inertes o reductoras4 FeAsS ↔ 4 FeS + As4

As4(G) + 3 O2 ↔As4O6(G).

Diagrama de estabilidad de fases del sistema As-Fe-As a 450 ºC

Termodinámica del proceso Dependiendo de la concentración de oxígeno en el horno de tostación, el trióxido de

arsénico puede ser oxidado hasta pentóxido de arsénico sólido:As2O3 + O2 ↔As2O5(S)

Si el potencial de oxígeno alrededor de las partículas es elevado, la arsenopirita es transformada en arseniato de hierro de acuerdo a la reacción :

FeAsS + 3 O2 → FeAsO4 + SO2

El FeAsO4 es un sólido muy estable, no poroso, que retiene al arsénico en las calcinas, también puede ocurrir por una reacción entre la hematita y el pentóxido de arsénico.

Fe2O3 + As2O5 ↔ 2 FeAsO4

El rejalgar y oropimente, son prontamente oxidados durante la tostación a trióxido de arsénico (o pentóxido) y dióxido de azufre.

4 AsS + 7 O2 ↔As4O6 + 4 SO2

As2S3 + 6 O2 ↔As4O6 + 3 SO2

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Practica de la remoción de AsEn la industria metalúrgica, se han aplicado tres métodos para la remoción del

arsénico de las arsenopiritas: Tostación parcialmente oxidante. Donde el mineral es tostado a baja

temperatura, (aproximadamente 450 – 500 oC) en un ambiente deficiente en oxígeno para producir una calcina con bajo contenido de arsénico, y en la cual el hierro está principalmente como magnetita.

Tostación oxidante completa, En este tipo de tostación, la mena se tuesta con exceso de aire y a una temperatura más alta (aproximadamente 650 oC) que la empleada en la tostación oxidante parcial. La mayor parte del arsénico se elimina como trióxido de arsénico volátil, pero se forma también arseniato férrico. Este actúa de manera similar al sulfato ferroso, bloqueando los poros de los óxidos de hierro y evitando que se complete la reacción. También , los arseniatos bajan generalmente la extracción de oro por cianuración.

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Tostación en dos etapas Resulta ser una combinación de los dos anteriores, en el que en la

primera etapa, se elimina entre el 65 a 75 % del arsénico y entre el 20 al 30% de la pirita se convierte a magnetita. El arsénico es recuperado como trióxido de arsénico. En esta etapa, se suministra al horno entre 60 a 80% del aire estequiométrico necesario.

La segunda etapa es llevada a cabo a una temperatura más elevada (530 – 600 oC) y con un exceso de aire. (10 – 30 %). Las eliminaciones de arsénico en la calcina final están en el orden de 90 a 95%, y la de azufre por encima del 90%.

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2. Tostación clorurantePuede ser:

Tostación clorurante sin volatilización. Ej. Cloruración de la plata en concentrados sulfurosos.

Tostación clorurante con volatilización. Ej:. Eliminación del Bi de los concentrados de Sn.

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Tostación clorurante de óxidos

MO(s) + Cl2(g) = MCl2 + 0.5 O2 (1)MO(s) + 2 HCl(g) = MCl2 + H2OMO(s) + MeCl2 = MCl2 + MeO

La energía libre de la reacción (1) es:

ΔG = - RT ln(PO21/2/PCl2)

La formación del cloruro también depende de la presión de oxígeno

Tostación clorurante de sulfuros

MS + Cl2 = MCl2 + S(g)

2S + Cl2 = S2Cl2(g)

S Cl2 = SCl2(g)

Los cloruros de azufre son formados a baja temperatura y en tiempos de contacto prolongados. Son considerados indeseables porque representan una pérdida de azufre y de cloro.

Tostación clorurante de sulfurosLa pirita y pirrotita son clorurados hasta FeCl2, que pueden

contaminar las soluciones de lixiviación, si el proceso posterior de tratamiento es hidrometalúrgico. Para evitar este inconveniente, se debe formar el FeCl3 gaseoso a 420 – 450 ºC según:

FeCl2 + 0.5Cl2 = FeCl3(g)

El gas producido puede ser luego oxidado para formar hematita y regenerar el cloro según:

2 FeCl3 + 1.5O2 = Fe2O3 + 3 Cl2

O ser utilizado como agente clorurante:

ZnS + 2 FeCl3(g) = ZnCl2 + 2FeCl2 + S

Formación del agente clorurante

2 NaCl + 2SO3 = Na2SO4 + SO2 + Cl2

2 NaCl + SiO2 + 0.5 O2 = Na2SiO3 + Cl2

2CuCl2 = Cu2Cl2 + Cl2

4CuCl4 + O2 = 2CuCl2.2CuO + 2Cl2

3MnCl2 + 2O2 = Mn3O4 + 3 Cl2

3 FeCl3 + 2O2 = Fe3O4 + 3Cl2

Formación del agente clorurante

2 NaCl + 2 SO3 + H2O = Na2SO4 + 2HCl

2 NaCl + MgSO4 + H2O = Na2SO4 + MgO + 2 HCl

2 NaCl + SiO2 + H2O = Na2SiO3

Diagrama de Ellingham para la formación de cloruros

Diagrama de predominancia a 600 ºK para los sistemas Fe-

S-Cl, Co-S-Cl; Ni-S-Cl y Cu-S-Cl.

Presión de vapor de cloruros

Presiones parciales de cloruros en equilibrio con óxidos

Tostación clorurante de la plata

AgO + 2 HCl = 2AgCl + H2O

Ag2SO4 + HCl = 2 AgCl + SCl2 + 4H2O + 4 Cl

2AsO4Ag3 +16HCl = 6AgCl +2AsCl3 + 8H2O + 4Cl

2SbO3Ag + 12HCl = 2 AgCl + 2SbCl3+ 6H2O + 4 Cl

Temperatura de proceso: 500 a 600 ºCConsuma de NaCl = 5 a 10% del peso de la carga

3. Tostación magnetizante

Reacciones:3Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2

3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O

La hematita (Fe2O3) no es magneticaLa magnetita (Fe3O4) es altamente magnética

Diagrama de estabilidad de fases del sistema Fe-S-O a 500 ºC

Tostación magnetizante

ReferenciasHong Yon Sohn, Milton Wadsworth; Cinética de los Procesos de la

Metalurgia Extractiva. Ed. Trillas, Mexico, 1986.Fathi Habashi, Principles of Extractive Metallurgy, Volumen 3,

Pyrometallurgy, Gordon and Breach, 1986.Hong Yon Sohn y Rajendra P. Goel; Principles of Roasting, Minerals Sci.

Engineering, Vol 11, Nº 3, 1979.Rafael Padilla, Juan Joffre, Jaime Fernández; Eliminación de bismuto de

concentrados de estaño por tostación clorurante, Segundo Simposio Internacional del Estaño, La Paz – Bolivia, 1977.

Juan Vargas Gallardo; Metalurgia del Oro y la Plata. Ed. San Marcos, 1990.C. B. Alcock. Principles of Pyrometallurgy, Academic Press, 1976.Avelardo Rovira Pereira; Metalurgia General. Editorial Dossat, España.Francisco Parrilla A. Curso de Metalurgia Extractiva, Tomo II. ETSI Minas,

Madrid, 1992.Van Lierde. MAPR 2140 Fundements des procédés pyrométallurgiques.

Universite Catholique de Louvain, 2002.Zbigniew Szczygiel Jordens y Alejandro Torrez Reyes. Metalurgia no Ferrosa,

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