tostacion
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TOSTACION
PIROMETALURGIA II
INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA
La reacción principal es gas-sólido, la que cambia la naturaleza química del mineral o concentrado
El proceso de tostación es muy ordenado desde el punto de vista termodinámico
Se lleva a cabo por dos principales razones que dependen del método de extracción de cobre que se siga posteriormente
Temperatura de trabajo 500-800 oC
TOSTADORSOLIDO
GAS AGAS B
CALCINA
Donde:
• composición química sólido composición química calcina
• composición química gas A composición química gas B
Tipos de tostaciones Tostación oxidante
Tostación magnetizante
Tostación sulfatante
Tostación clorurante
Tostación carbonizante
Tostación segregante
Tostación volatilizante
Tostación reductora
Etc
Cabe hacer notar que :
calcinación,
secado
sinterización
también son considerados procesos de tostación
Reactores de tostación
Hornos de pisos múltiples
Hornos de lecho fluidizado
Secuencia de operación:
calentar el horno hasta alcanzar la temperatura de
ignición del concentrado
Iniciar alimentación
Alimentación de combustible
Hornos de pisos múltiples
reactor cilindrico (6m de diámetro y 15 m de alto)
alimentación : concentrados y aire
desplazamiento de la carga por medio de rastras
Los gases contienen 4 a 6% de SO2
capacidades: 0.5-1.0 ton conc/m2 piso/día
Hornos de pisos múltiples
Hornos de lecho fluidizado
reactor cilindrico
alimentación : concentrados y aire
partículas están rodeadas por aire
la alta eficiencia de utilización del oxígeno
Los gases contienen 10 a 15% de SO2
capacidades: 5-50 ton conc/m2/día
Horno lecho fluidizado
alimentación
aire
Producto
75-90 %
10-25 %
Ciclón recuperador de calcina
Gas aplanta de ácido
Toberas
Reacción principal de tostación
heterogénea
exotérmica
espontánea
MeSsólido + 3/2 O2 gas MeO sólido + SO2 gas
Reacciones secundarias
En la fase gaseosa
En la fase sólida
Reacciones secundarias en la fase gaseosa Durante la tostación la fase gaseosa contiene los siguientes elementos
Oxígeno (aire)
azufre (sulfuros)
hidrógeno (humedad)
nitrógeno (aire)
carbono (carbonatos)
Reacciones secundarias en la fase gaseosa Bajo las condiciones de un tostador que opere con atmósferas altamente oxidantes en la fase gaseosa tendremos solo presencia de: O2
SO2
SO3
N2
H2O
CO2.
Reacciones secundarias en la fase gaseosa
SO2 gas + ½ O2 gas SO3 gas
Go= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule)
es muy importante conocer la proporción de gases inertes para predecir las presiones parciales de SO3 , SO2 y de O2.
)(pO pSO
pSO K 1/2
22
3
Reacciones secundarias en la fase gaseosa S2 gas + 2 O2 gas 2 SO2 gas
Go = -86520 + 17,48 TK a 700 oC = 1,23 1015
)(pO pS
pSO K 2
22
22 (atm)
pOpSO
10 pS2
2
215-2
De acuerdo a esto la descomposición piritica está favorecida debido a que la presión de equilibrio es muy baja
Reacciones secundarias en la fase sólida MeSO4 MeO + SO3
MeSO4 MeO2 + SO2
2MeSO4 MeOMeSO4 + SO3
MeOMeSO4 2MeO + SO3
Reacciones de tostación del cobre Las especies mineralógicas mas comunes presentes en los concentrados de cobre son:
Cu2S
CuFeS2
CuS
Cu5FeS4
FeS2
Cu3AsS4
Reacciones de tostación del cobre
FeS2 FeS + ½ S2 (690 oC)
2CuS ½ Cu2S + 1/4 S2 (560 oC)
CuFeS2 ½ Cu2S + FeS +1/4 S2 (1300ºC)
Cu5 FeS45/2 Cu2S+ FeS +1/4 S2 (1500ºC)
Reacciones de tostación del cobre temperaturas 500 oC
Cu2S + SO2 + 3O 2 2CuSO4
CuS + 2 O2 CuSO4
CuFeS2 + 15/4 O2 CuSO4 + ½ Fe2O3 + SO2
Cu5 FeS4 +SO2 + 39/2 O2 5 CuSO4 + ½ Fe2O3
Reacciones de tostación del cobre
temperaturas 650 oC 2 CuFeS2 + 7 O2 CuOCuSO4 + Fe2O3 + 3 SO2
temperaturas mayores a 900 oC tostación a muerte
Cu2O + Fe2O3 2 CuFeO2 (ferrita cuprosa)
CuO + Fe2O3 2 CuFeO4 (ferrita cúprica)
Representación gráfica del equilibrio de tostación
Diagrama de Kellog esquemático para el sistema Me-O-S
Diagramas de equilibrio de los sistemas Cu-O-S y Fe-O-S
Cinética de la tostación
La oxidación de los sulfuros con aire es de naturaleza homogénea, las velocidades de tostación dependen de:
tamaño de partícula (área superficial)
violencia del contacto aire/partícula
concentración de oxígeno
temperatura del gas.
Cinética de la tostación
Un factor de considerable importancia en la tostación es
la temperatura de ignición, que corresponde a la menor
temperatura a la cual la partícula de mineral se oxidará
en forma suficientemente rápida para mantener o
aumentar la temperatura del tostador
Cinética de la tostación
Temperaturas de ignición de minerales sulfurados de cobre y fierro
en aire mineral Temperatura de
ignición oC
CuS
Cu2S
CuFeS2
FeS2
FeS
400
450
300
400
400
Cinética de la tostaciónLos posibles pasos controlantes de un proceso de tostacion son:
1. Difusión del reactante gaseoso (O2) a través de la capa de
productos sólidos.
2. Adsorción de O2 sobre la superficie del sólido en la interfase
de reacción.
3. Reacción química en la interfase gas/sólido.
4. Desorción del producto gaseoso (SO2) a través de la capa de
producto sólido
Cinética de la tostación
O2
SO2
Secado y calcinación
Eliminación del agua contenida en sustancias por evaporación.
La presión de vapor de agua debe ser mayor que la presión parcial del agua en la atmósfera circundante
es un proceso endotérmico
Secado y calcinación
se hacen pasar gases calientes a través o por encima de la sustancia
hornos utilizados el el proceso son el horno rotatorio o bien en hornos de lecho fluidizado.
durante la calcinación se eliminan agua, bióxido de carbono y otros gases
Secado y calcinación
La calcinación es más endotérmica que el secado
la velocidad de calcinación está controlada por el suministro de calor necesario por conducción a través de la capa de caliza calcinada
la calcinación puede efectuarse en varios tipos de hornos, horno de cuba, horno rotatorio, lecho fluidizado