EVALUACIÓN 2 CALCULO DE PROCESOS MINERO-METALURGICOS PROBLEMA 1: El ácido sulfúrico se produce mediante la oxidación sucesiva de azufre hasta SO 3, seguida de reacción con H 2O. En el diagrama de flujo mostrado en la figura, primero se hacen reaccionar el azufre y el aire en el quemador de azufre, a zufre, para producir SO2 según la reacción: S + O2 SO2 En esta reacción, todo el azufre se convierte a SO 2. Suponga que el aire es 21 % molar de oxígeno y 79% de N2, y que se utiliza 50 % más de oxígeno que la cantidad estequiométrica necesaria para convertir el azufre a SO 2. La corriente gaseosa que sale del quemador se envía al convertidor, en donde todo el SO 2 se oxida hasta SO3 con ayuda de un catalizador. A continuación, se pone en contacto en la torre de óleum la corriente gaseosa que contiene SO 3 con una corriente de H 2SO4 concentrado El SO3 reacciona con el agua presente en la corriente de ácido, mediante la reacción: H2O + SO3 H2SO4 Además, algo del SO3 se disuelve en el H 2SO4 puro para obtener un producto (óleum) que contiene 37,5% de SO3 y el resto H 2SO4. Enseguida la corriente gaseosa a la salida de la torre de óleum, que contiene 12 % mol de SO 3, se pone en contacto con una corriente de ácido más diluida diluida (80 % de H 2SO4 y el resto H 2O), en la torre de ácido. En esta unidad, todo el SO 3 restante reacciona hasta H 2SO4. El ácido diluido se prepara recirculando algo de ácido concentrado y mezclándolo con agua en el tanque de dilución. Calcule todos los flujos en el proceso, suponiendo que la planta va a producir 20.000 lb/día de producto (H2SO4 al 90%). →
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PROBLEMA 2: La reducción gaseosa de magnetita Fe 3O4, se lleva a cabo industrialmente en el sistema en dos etapas a contracorriente que se muestra en la figura. Las reacciones que se presentan son
La primera reacción ocurre principalmente en la primera etapa y la segunda reacción en la segunda etapa. Estudios de planta piloto demuestran que si a la etapa 2 entran 10 moles de gas reductor (formado por 33% de H2, 66% de N2 y 1% de H2O) por cada mol de producto de hierro que sale de dicha etapa, entonces se obtiene un producto que consiste 98% mol de Fe. Cuando la corriente gaseosa resultante se pasa a la primera etapa, se obtiene una corriente intermedia parcialmente reducida con 2% de Fe. Suponiendo que estos datos son aplicables al proceso de gran escala con recirculación, calcule todas las composiciones de las corrientes si se purga 10% del gas que sale en la etapa 1, y si se opera el condensador de manera que la corriente de recirculación contenga una fracción mol de agua de 0.005.
PROBLEMA 3: Se tiene dos concentrados de pirita con composiciones diferentes. El primer concentrado se constituye de un 68% de FeS 2, 11.4% de Cu2S y 18.3% de Cu 3AsS4. El segundo concentrado tiene un 71.3% de FeS 2, 9.5% de Cu2S y 15.2% de Cu 3AsS4. Estos concentrados son tostados con oxígeno a temperaturas elevadas. a) Si se tiene 35.4 ton del concentrado 1 y 24.7 ton del concentrado 2, cual de los dos concentrados aportan más toneladas de SO 2 al ambiente? b) El precio actual del cobre es de alrededor de 4 US$/lb, cuanto estaría ganando el metalurgista (ganancia económica) por tostar estos concentrados? Las reacciones de oxidación de la pirita y calcosita están dadas como:
FeS2 + 11/4O2 = 1/2Fe2O3 + 1/2SO2 Cu2S + 1/2O2 = Cu2O + SO2
