1-
¿Explique qué función cumple la tostación sulfatante? ¿Por qué y para que se realiza?
La tostación sulfatante es un proceso metalúrgico, donde se hacen reaccionar reacciona r compuestos sólidos y gaseosos a una temperatura de 3000 C a 800 0C, sin llegar a la fusión, logrando así transformar los elementos sólidos en compuestos sulfatados, la reacción se realiza oxidando parcialmente los sulfuros de la muestra eliminando así parcialmente el azufre. Esta tostación se realiza para obtener sulfuros a p artir del calentamiento del mineral en atmosferas oxidantes, con la liberación de SO2, se sulfatan los compuestos y se convierten en sulfatos y óxidos del metal de interés 2-
Presente la ecuación que se obtiene al tostar de manera sulfatante el mineral de cobre.
La ecuación obtenida despues de haber realizado la tostacion sulfatante de la calcopirita (CuFeS2) es la siguiente. (Cu2S) + (SO2) + 3(O2) = 2 (CuS04) Donde se produce gases como SO2 por la oxidacion del mineral y se desintegra la calcopirita en sulfuro de cobre (Cu2S), que com um excesso de oxigeno (O2), se obtiene como espécie principal p rincipal el sulfato de cobre (CuS04) el cual es el material de interes para la extracción de cobre (Cu). 3-¿Qué importancia tiene controlar la temperatura en este proceso? La importancia que existe al controlar la temperatu ra en este proceso, es que la temperatura es directamente proporcional a la presión y a la cantidad de SO2 producido, esta temperatura se debe controlar para que se realice una tostación eficaz y se llegue a tostar todo el mineral en una rampa de tiempo determinada, si esta temperatura no se controlara se podría alcanzar un punto elevado de temperatura, llegando así hasta el punto de fusión del compuesto de interés. 4-¿Que errores se pueden cometer al medir masas y volúmenes en la práctica? Los errores más comunes que se cometen al medir las masas y volúmenes, son errores humanos ya que no se pueden llegar a medir exactamente los pesos necesarios para realizar la práctica, los elementos de medición no son los indicados o están descalibrados, se puede llegar a perder mineral en el momento de realizar la práctica p ráctica o se puede llegar a obtener impurezas diferentes a las que vienen en el mineral, obteniendo así pesos diferentes a los esperados. 5- Investigue los equipos industriales empleados en la tostación d e mineral de cobre. Los equipos más utilizados en la tostación de mineral de cobre son: Horno rotatorio: Se utiliza en compuestos finos y gruesos, su fuente de calor son quemadores d e hidrocarburos sobre la carga, la rotación transmite calor desde las paredes hacia la carga, no n o es susceptible al tamaño del mineral, contacto entre la carga y el gas presentando alto uso de refractario. Horno de cuba: Se utiliza en solidos compuestos de grandes partículas, su fuente de calor puede ser por arco eléctrico, combustión dentro dentro del horno y transferencia de calor contra-corriente
proveniente de gas precalentado, el proceso se realiza mediante una transferencia de masa entre gases y sólidos, control detallado del tamaño de los sólidos y es necesario homogenizar el tamaño para mantener la porosidad del lecho empaquetado. Horno de sinterización: El proceso de sinterización consta de tres etapas: Calentamiento: La carga se calienta hasta un nivel determinado para facilitar la compactación y conseguir un buena homogeneidad de temperatura de toda la carga. Sinterizacion: Se realiza en presencia de atmosferas reductoras y con un ciclo de temperatura que esta por debajo de la temperatura de fusión del material, la adecuación de la atmosfera al material a sinterizar, permite reducir la capa de o xido que pudieran tener las partículas metálicas, para que alcanzada la temperatura de sinterizacion formar cuellos de soldadura entre ellos. Enfriamiento: Existen tipos de enfriamiento dependiendo del horno y material sinterizar, un enfriamiento lento para evitar la oxidación cuando salen del horno . El horno de sinterizacion alcanza un máximo de 3000 0C y se puede modificar dependiendo del mineral a sinterizar. Horno flash: El concentrado se suspende en gas oxidante mediante fusión y conversión del concentrado, por reacción reaccion del oxigeno en la llama flash, las ventajas de este proceso es una mayor ley, bajo consumo de combustible, alta concentración de SO2 en los gases. Horno de lecho fluidizado: Este tipo de horno ha sido concebido para materiales conflictivos, este horno presenta una gran transferencia de calor que se lleva desde las partículas de refractario que constituyen el lecho que constituyen el lecho que se mantiene en constante agitación. En este momento el lecho se expande proporcionando una superficie especifica, mezcla solido/gas y homogeneidad termica. La alimentación se realiza por el centro del lecho para que el material se arrastre mas rápido. Entre el lecho y la bóveda del reactor actua como una cámara de poscombustión, en esta zona la temperatura es elevada mientras que el lecho permanece constante. Las ventajas son que requiere un menor de exceso de aire, puede trabajar a temperaturas menores con lo que se evita la fusión, admite grandes fluctuaciones en el caudal de residuos o en su poder calorífico y la posibilidad de introducir catalizadores en el lecho. 6- Realizar el balance de masa y calorífico en las planillas del software HSC. Para realizar el balance de masa y calórico en las plantillas se utiliza el siguiente formato
7-Analizar la regla de fases de Gibbs para el sistema Cu-O-S
En el diagrama de Gibbs se pueden observar los compuestos provenientes del mineral de cobre con cada uno de sus temperaturas a las que se pueden encontrar y sus poderes caloríficos esto se utiliza para obtener unos mejores resultados en el momento de la tostación..
Como se puede observar en el diagrama de Kellogs para el sistema Cu-O-S, se presentan compuestos tales como oxidos, sulfuros y sulfatos provenientes de la tostación del cobre (Cu), nuestro compuesto de interés es el sulfato de cobre (CuSO2), el cual se puede encontrar a 0 atmosferas en el eje y (logpSO2) y a 0 atmosferas en el eje x (logpO2) a una temperatura de 6000C. 8. Calcular la formación de SO2 considerando compuestos puros.
CuFeS +
15 4
O ↔ CuSO +
1 2
Fe O + SO
Con los pesos moleculares de cada una de las especies presentes en la reacción de la tostación sulfatante, se puede calcular la cantidad de dióxido de azufre producido en la tostación sulfatante, donde tenemos que el peso molecular de la calcopirita (CuFeS2) es de 184 g/mol aproximadamente y el peso molecular del dióxido de azufre (SO2) es de 64 g/mol aproximadamente y según la ecuación de la reacción por cada 184 g de CuFeS2 se producen 64 g de SO2, entonces por una regla de 3 calculamos la cantidad de SO2 producido en la tostación realizada.
184g CuFeS2 → 64g SO2
X =
∗
X = 3,478g SO2
10g CuFeS2 → X Por los cálculos realizados anteriormente se tiene que la cantidad de SO2 producido en la tostación sulfatante es de 3,478g SO2.
10. Realizar la comparación de pérdida de peso del método experimental con los datos teóricos. Al realizarse la tostación sulfatante se obtuvo que se ingresaron 10g de concentrado de calcopirita y al terminarse el proceso se obtuvo un peso en la calcina de 11,58g donde según el proceso se debía obtener una pérdida de peso, la cual no se obtuvo por diferentes factores como al momento de revolver el concentrado se extrajeron partículas del “tiesto” utilizado para el proceso, como también se extrajeron partículas del refractario del horno, todo esto se mezcló con la calcina y por esto se obtuvo un ganancia de peso en vez de una pérdida. Según la teoría y la ecuación de la reacción se debía obtener una pérdida de peso ya que parte del azufre presente en la calcopirita reacciona con el oxígeno del aire formando dióxido de azufre y saliendo en forma gaseosa, obteniéndose una pérdida de peso aproximadamente de 32g por cada 184g de calcopirita ya que el oxígeno del dióxido de azufre no se tiene en cuenta en la pérdida de peso debido a que es una especie exterior al concentrado. Por tanto al realizarse una comparación entre los datos obtenidos experimentalmente con los datos que se debían obtener según la teoría, se ve que la práctica habría quedado mal por el aumento de peso, pero al realizar la prueba de la dilución de la calcina con agua se observó que hubo un cambio de color en el agua y se precipito el cobre al fondo del tubo de ensayo donde se realizó la prueba, como se observa en la imagen.
Por tanto la práctica fue bien realizada, pero teniendo en cuenta el aumento de peso presentado por los diferentes factores dichos antes, se tuvo un error en esta práctica con lo cual se aprendió
ser más cuidadosos al momento de revolver el concentrado dentro del horno para posteriores prácticas. 11. consulte las empresas nacionales e internacionales que actualmente llevan a cabo e proceso de tostación sulfatante en minerales de cobre. Las principales empresas de obtención y produc ción de cobre utilizan las técnicas piro metalúrgicas e hidrometalurgias en igual proporción en al gunos casos, utilizándose el tipo de tostación sulfatante para que el cobre sea posteriormente obtenido por métodos hidrometalurgicos como la lixiviación, unas de las principales empresas donde se realiza es tipo de proceso son: Nombre de la empresa CODELCO ANGLO AMERICAN CHILE ANTOFAGASTA PLC BHP BILLINTON VALE RIO TINTO GROUP FREEPORT-McMoRAN
Nacionalidad Chilena Chilena Chilena Británica Brasileña Británica Australiana Estadounidense
Estas empresas tienen presencia en Colombia como en el caso de CODELCO la cual ya tiene subsedes en Colombia y pretende tener una sede en Colombia debido a los recientes hallazgos de mineral en el país.
12. Realice un cuadro comparativo de los precios actuales de los metales Cu, Ag, Au, Zn, Ti, Ta. Metal Oro(Au) Tantalio(Ta) Plata(Ag) Cobre(Cu) Titanio(Ti) Zinc(Zn)
Precio en dólares por tonelada 3064500.00 326000.00 43200.00 5579.00 4825.02 2542.17
Como se ve en la anterior tabla al comparar el precio de algunos metales, se ve que el metal más caro es el oro ya que es considerado un metal precioso además de tener muy buenas propiedades eléctricas, seguido del tantalio el cual hace algún tiempo se empezó a valorizar debido al auge tecnológico, ya que este metal es muy utilizado en la creación de equipos electrónicos y su cantidad en la corteza terrestre es escasa.
En las últimas posiciones se tienen a metales más b aratos como el titanio y el zinc lo cuales son metales de uso industrial y su extracción es más fácil como su mayor cantidad en la corteza terrestre, por lo tanto la diferencia entre precios de estos metales. 13. Presentar los resultados obtenidos en el proceso de concentración, a partir de los 1000 gramos del mineral de calcopirita (CuFeS2) procesados unitariamente, inclu yendo el rendimiento y/ó eficiencia del proceso de concentración previo a la tostación. Adicionalmente, nombrar e indicar la fórmula química de las especies minerales impuras qué se eliminaron en el proceso. En el proceso de la concentración del mineral de cobre, se inició con una muestra de 1000g la cual se llevó a proceso de flotación para concentrar y separar el mineral de calcopirita de otras especies presentes en el mineral como la sílice, alúmina, entre otras. El proceso se inició con 1000g de mineral y al finalizar se obtuvo un concentrado de 689g, con esto se calcula la eficiencia del proceso la cual se da por:
Eficiencia =
689 g 1000 g
∗ 100 = 68,9%
Por lo tanto se tuvo un buen proceso de concentración del mineral, de este concentrado se utilizaron 10g para la tostación sulfatante y el restante se guardó para una posterior tostación oxidante. En el proceso de concentración se pretende separar el mineral de interés del resto de minerales, en este caso la calcopirita (CuFeS2) de otros minerales como la sílice (SiO2), alúmina (Al2O3), magnesita (MgO), caliza (CaCO3) y pirita (FeS2) Al haberse realizado el proceso de la flotación, se eliminan en las colas de la flotación la mayoría de las impurezas como SiO2, Al2O3, MgO, CaCO3, FeS2, pero aun quedando en menor proporcion en el concentrado, las cuales se eliminaran en el proceso de fusión del cobre en las escorias de este proceso. 14. Cuáles son los tipos de minerales de cobre según las formaciones geológicas mundiales Las principales menas de cobre según las formaciones geológicas mundiales son:
Calcopirita (CuFeS2) Calcocita (Cu2S) Covelita (CuS) Bornita (Cu5FeS4) Tetraedrita ((Cu,Fe)12Sb4S13) Enargita (Cu3AsS4)
De estas menas, de la que mayor parte se extrae el cobre es d e la calcopirita seguida de la Calcocita y así en forma descendente, teniendo más minerales que contienen cobre pero su contenido es bajo y no es extraído de estos.
