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
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 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)
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).