tostacion

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TOSTACION PIROMETALURGIA II INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA

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Page 1: Tostacion

TOSTACION

PIROMETALURGIA II

INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA

Page 2: Tostacion

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

Page 3: Tostacion

TOSTADORSOLIDO

GAS AGAS B

CALCINA

Donde:

• composición química sólido composición química calcina

• composición química gas A composición química gas B

Page 4: Tostacion

Tipos de tostaciones Tostación oxidante

Tostación magnetizante

Tostación sulfatante

Tostación clorurante

Tostación carbonizante

Tostación segregante

Tostación volatilizante

Tostación reductora

Etc

Page 5: Tostacion

Cabe hacer notar que :

calcinación,

secado

sinterización

también son considerados procesos de tostación

Page 6: Tostacion

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

Page 7: Tostacion

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

Page 8: Tostacion

Hornos de pisos múltiples

Page 9: Tostacion

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

Page 10: Tostacion

Horno lecho fluidizado

alimentación

aire

Producto

75-90 %

10-25 %

Ciclón recuperador de calcina

Gas aplanta de ácido

Toberas

Page 11: Tostacion

Reacción principal de tostación

heterogénea

exotérmica

espontánea

MeSsólido + 3/2 O2 gas MeO sólido + SO2 gas

Page 12: Tostacion

Reacciones secundarias

En la fase gaseosa

En la fase sólida

Page 13: Tostacion

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)

Page 14: Tostacion

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.

Page 15: Tostacion

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

Page 16: Tostacion

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

Page 17: Tostacion

Reacciones secundarias en la fase sólida MeSO4 MeO + SO3

MeSO4 MeO2 + SO2

2MeSO4 MeOMeSO4 + SO3

MeOMeSO4 2MeO + SO3

Page 18: Tostacion

Reacciones de tostación del cobre Las especies mineralógicas mas comunes presentes en los concentrados de cobre son:

Cu2S

CuFeS2

CuS

Cu5FeS4

FeS2

Cu3AsS4

Page 19: Tostacion

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)

Page 20: Tostacion

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

Page 21: Tostacion

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)

Page 22: Tostacion

Representación gráfica del equilibrio de tostación

Diagrama de Kellog esquemático para el sistema Me-O-S

Page 23: Tostacion

Diagramas de equilibrio de los sistemas Cu-O-S y Fe-O-S

Page 24: Tostacion

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.

Page 25: Tostacion

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

Page 26: Tostacion

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

Page 27: Tostacion

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

Page 28: Tostacion

Cinética de la tostación 

O2

SO2

Page 29: Tostacion

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

Page 30: Tostacion

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

Page 31: Tostacion

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