LABORATORIO 3 pirometalurgia

E.A.P. INGENIERIA METALURGICA

UNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD

: De

Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica

E.A.P.

: Ingeniería

CURSO

:

Metalúrgica

Pirometalurgia

PRACTICA 3 : Tostación

PROFESOR

: Ing.

ALUMNO

: Arroyo

de Minerales

Daniel Lovera

Castillo , José Enrique Yupanqui Damas, Astrid Fiorella Peña Lavado, Xavier Kevin Sarmiento Vara , Anthony Padilla Frias, Miguel Alex Obregón Yauricasa ,Erick Licla Quispe, Claudio

2017

LABORATORIO DE PIROMETALURGIA

0


UNMSM

INDICE

INTRODUCCION

2

OBJETIVO

2

CONCEPTOS TEÓRICOS

2

EXPERIMENTACION

10

CONCLUSIONES

15

RECOMENDACIONES

15

BIBLIOGRAFÍA

16


1


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PRACTICA N°3 TOSTACION DE MINERALES

“

I.

”

INTRODUCCION La temperatura de tostación tiene un efecto fuerte sobre el área específica de superficie de las calcinas. Según se incrementa la temperatura, el área de superficie aumenta, la disminución del área de superficie a temperatura sobre 450°C no puede ser atribuida a la pérdida del área de superficie muy alta del material carbonáceo.

II.

OBJETIVO El laboratorio de tostación de minerales se hará en torno a un hecho en surtidor. El estudiante conocerá las variables que intervienen en el proceso (temperatura, flujo de aire, tamaño de partícula y tiempo de residencia).

III.

CONCEPTOS TEÓRICOS 3.1) TERMODINAMICA DE LA TOSTACIÓN Las condiciones necesarias para la formación de los distintos productos de tostación pueden ilustrarse mediante relaciones de equilibrio que existe en un sistema que contiene metal, azufre y oxígeno. Se tiene tres componentes y de acuerdo con la regla de fases, se puede tener un sistema de 5 fases, es decir 4 fases condensadas y una fase gaseosa. Si la temperatura es constante se podría tener un sistema de 3 fases condensadas y una sola fase gaseosa. La fase gaseosa contiene normalmente SO2 y O2. Aunque SO3 y aun S2pueden encontrarse presentes. Entre estos componentes gaseosos existen los siguientes equilibrios:


2


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S2 + 2S2 = 2SO2 (1) 2SO2 + O2 = 2SO3 (2) Para una temperatura dada, la composición de la mezcla gaseosa esta definida por la presión parcial de cualquiera de los 2 componentes gaseosos. También para una composición constante de gas, la composición de las tres fases condensadas esta fija. A las relaciones de fase en el sistema ternario a temperatura constante pueden describirse por medio de los diagramas bidimensionales en donde las coordenadas son las presiones parciales de dos de los componentes gaseosos. En la figuras se muestra los diagramas de ellinghan y la de kellogg. Las líneas que describen el equilibrio entre cualquiera de las fases condensadas están dadas por ecuaciones como: Me + SO2 = MeS + O2 (3) 2Me + O2 = 2MeO (4) 2MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2 (5) 2MeO + 2SO2 + O2 = 2MeSO4 (6) MeS + 2º2 = MeSO4 (7)

3.2) DIAGRAMA DE KELLOGG PARA EL SISTEMA Me-S-O


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Figura 1 Cuando la tostación se efectúa en aire, la suma de las presiones parciales deSO2 y O2 es alrededor de 0.2 atm. Esto quiere decir que las condiciones durante la testación se describirán por la línea punteada en la figura V-1Primero se convierte el sulfuro en oxido por medio de la reacción (5). Luego el óxido puede convertirse en sulfato, que mediante calentamiento prologado en aire prolongado a temperatura constante puede descomponerse de nuevo para dar el óxido. Puesto que las áreas de predominancia para los distintos metales se encuentran en distintos lugares, no sucederán simultáneamente las reacciones para una amena de sulfuros mezclados para diferentes metales; además algunas reacciones pueden no suceder en absoluto. Entonces para un sulfuro mezclado de Fe-Cu ver fig.2 el sulfuro de hierro se oxidara primero formandoFe3O4 (suponiendo que PSO + PO = 0.2 atm). El cobre se encontrara presente como Cu2S.

3.3) DIAGRAMA DE KELLOGG PARA LA TOSTACIÓN DE SULFUROS


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Figura 2 La oxidación de un sulfuro metálico para dar el metal correspondiente se denomina Tostación – reacción puesto que antes se suponía que algo del sulfuro debía convertirse primero en oxido, el cual reaccionaba después con el sulfuro restante para dar el metal. El principio de la reacción – tostación se utiliza en la fusión y conversión de matas de menas sulfurosas y en menor grado en la fusión del plomo. Se observa además que el sulfato metálico a temperaturas bajas y presiones parciales elevadas de SO2 y O2. También la temperatura de formación de sulfato difiere considerablemente de metal a metal. La mayor temperatura de sulfatación que corresponde a una elevada temperatura de descomposición del sulfato, se tiene en el caso del plomo y del zinc. Se tienen menores temperaturas en el caso del cobre y del níquel en tanto que el óxido de hierro en sulfato solo a temperaturas por debajo de 600º C, La conversión directa desulfuro a sulfato requiere de aun menores temperaturas

3.4) DIAGRAMA DE ELLINGHAN


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FIGURA 3 3.5) DIAGRAMA DE ELLINGHAN PARA LA FORMACIÓN DE OXIDOS


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FIGURA 4

3.6) TEMPERATURA DE IGNICIÓN Para que un combustible se queme, es decir, reaccione con el oxígeno, es necesario el aporte de una cantidad de energía para que el combustible se inflame. Esta cantidad de energía depende del tipo de combustible, de la proporción de mezcla gas-aire y del contenido de oxígeno. Las temperaturas mostradas en la tabla 3.11 han sido determinadas por calentamiento de una mezcla de combustible y una cantidad apropiada de oxígeno para que tenga lugar la ignición, siguiendo la norma DIN 51794.

Figura 5. Temperaturas de auto inflamación de algunos combustibles.

3.7) AGLOMERACIÓN Por aglomeración se entienden los procesos en los que los materiales de granulometría fina, por ejemplo, concentrados de mena, son transformados en terrones más gruesos. La aglomeración se utiliza particularmente si la mena va a ser fundida dentro de un horno de cuba, en el cual el material fino obstruiría el paso del gas. La aglomeración puede ser cualquiera de los siguientes tipos:


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3.7.1) BRIQUETADO: Es la compactación a temperatura ambiente, de mineral con un aglutinante inorgánico normalmente cal, cemento, arcilla o sales metálicas; o puede ser orgánico; petróleo, alquitrán o brea. Luego se somete a un calentamiento en un horno de sinterizar a fin de unir las partículas que están en contacto, dejando todavía gran porosidad al aglomerado formado.

Figura 6 briquets

3.7.2) SINTERIZACIÓN: Es la aglomeración de partículas finas y sueltas en una masa compacta y porosa mediante fusión originada por el calor producido por combustión dentro de la misma mena.


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Figura 7 Sinterizado

3.7.3) PELETIZACIÓN: Se realiza en dos etapas, primero se forman aglomerados esféricos con la mena húmeda de 10 a 20 mm por desmenuzamiento y adición de agua en un tambor giratorio y posteriormente se endurecen esos aglomerados por el subsecuente tratamiento térmico en un horno de cuba.

Figura 8 pellets 3.7.4) NODULIZACIÓN: El mineral se transforma en nódulos en un horno giratorio por el balanceo de la carga caliente a una temperatura próxima a la de fusión.


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Figura 9 Nódulos IV.

EXPERIMENTACION

Con el presente laboratorio buscamos conocer las variables que intervienen en el proceso de “Tostación” de un mineral, lo cual ocurre antes del punto de fusión y así podremos observar los cambios físicos y químicos que se presentan en el mineral luego de seguir los siguientes pasos:

ESTIMACION DEL PESO INICIAL: Para obtener mejores resultados realizaremos el proceso en 6 crisoles a diferentes temperaturas durante el calentamiento, cada muestra será de 10 gramos, posteriormente le daremos la forma de pellets y calcularemos su peso inicial en esa condición:

W crisol + pellet

W crisol

W pellet

1

27.719

18.464

9.255

2

27.254

17.877

9.377

3

27.258

17.817

9.401

4

26.522

17.012

9.51

5

26.513

17.256

9.257

6 (*)

9.473

(*) La muestra 6 es nuestro peso inicial antes de ingresar a la mufla, por tanto no se peso con crisol pero aun así calculamos el valor del pellet 6. La mufla estará a 700°C e ingresaran 5 crisoles, los cuales serán retirados en 10, 20, 30, 45 y 60 minutos sucesivamente. Recordemos que la tostación no será a muerte (tostación a muerte es cuando se agota todo el azufre presente en la muestra para lo cual se utiliza un exceso de oxigeno) para poder observar las diferentes interfaces que se producen. Luego de los tiempos estimados en su respectivo orden, los pesos de los minerales tostados han sido los siguientes:

LABORATORIO DE PIROMETALURGIA 10


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W crisol + pellet

W crisol

W pellet tostado

1

26.792

18.464

8.328

2

26.286

17.877

8.409

3

26.21

17.817

8.393

4

25.524

17.012

8.512

25.82 17.256 Entonces5 la variación de masa luego de la tostación fue:

8.564

timpo (min)

W pellet

W pellet tostado

ΔW

10

9.255

8.328

0.927

20

9.377

8.409

0.968

30

9.401

8.393

1.008

45

9.51

8.512

0.998

60

9.257

8.564

0.693

Veamos a continuación el comportamiento de la 4.54 x 10 -4 W

Durante la tostación, la variación del peso del pellet, en un flujo constante de aire se describe como:

dW / dt = - Ko * A

… (1)

Donde: t: tiempo (min) Ko: constante A: área superficial del pellet



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Si tenemos que el peso de un pellet antes de ingresar al horno es “W” y al salir de este se le considera “Wo”, entonces para la tostación tenemos la siguiente formula: = 1 / 0.1649 * (1 – W / Wo) = 6.064 * (1 – W / Wo)

α

… (2)

Recordemos que: 0 < α < 1

Cuestionario 1. Esquematice las zonas que se observan al microscopio. Las pruebas finales no fueron llevadas al microscopio pero visualmente podemos ver el color y demás características con una lupa.

2. Analice las diferentes interfaces que se forman el diagrama de estabilidad de Kellog Cu-S-O y Zn-S-O.



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De acuerdo con este diagrama se pueden obtener otros cuatro por medio de la geometría descriptiva, entonces son los siguientes:



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3. Analice las diferentes interfaces que se forman en el diagrama de estabilidad del sistema Cu-Fe-S-O.

4. Explique en detalle la cinética del proceso.

El proceso es simple se preparan muestras de pellets determinado su masa luego se someten a temperaturas elevadas y se retiran cada una a un determinado tiempo y se pesan se calcula su fracción reaccionada y mediante la ecuación cinética se determina la constante cinética que es la que nos ayudara a calcular las fracciones reaccionadas calculadas.



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5. Determine la reacción controlante.

V.

VI.

CONCLUSIONES 

La tostación se lleva a cabo a 700ºC, dentro de los tostadores tipo hogar o de lecho fluidificados, bajo condiciones bien controladas.



El producto de la tostación es una mezcla de sulfuros, sulfatos y óxidos, cuya composición puede variarse mediante el control de la temperatura del proceso de tostación y la relación aire – concentrado.



La temperatura juega un papel importante en la reducción directa de sulfuros metálicos. Un aumento en la temperatura incrementa drásticamente la velocidad de reducción.

RECOMENDACIONES 

Tener cuidado cuando se trabaja con altas temperaturas



Trabajar con equipo de protección a la hora de retirar los pellets del horno



VII.

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

No tocar las resistencias del horno con las pinzas en el momento de retirar los pellets



Trabajar con serenidad



Una vez retirados los pellets del horno dejarlos enfriar para luego pesarlos.



Utilizar la balanza analítica con delicadeza debido a que ese instrumento es de suma precisión.

BIBLIOGRAFÍA 

Guía de laboratorio de piro metalurgia 2011-Perú Ing. Daniel Lovera Dávila Ing. Vladimir Arias Arce



Fabricación de briquetas.pdf Sacado de: https://www.google.com.pe/#hl=es&output=search&sclient=psyab&q=briquetas+pdf&oq=briquetas+pdf&aq=f&aqi=&aql=&gs_l=hp.3...6023 3l67245l1l67665l13l13l0l2l2l1l1466l6647l0j1j41j1j3j2l8l0.frgbld.&psj=1&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&fp=379b1aa83 385436d&biw=1024&bih=667



Investigación Mineralurgia Del Carbón Mineral Para Briquetas De Uso Doméstico - Cazorla Caicedo, Jorge Abel Velasco V., Jorge- 5-ene-2006

Sacado de: http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/3316 

Proceso de obtención de metales-México- I.Q.M. JOSÉ FRANCISCO CORTÉS RUÍZ VELASCO-2010 Sacado de:



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https://www.google.com.pe/#hl=es&sclient=psyab&q=tostacion+de+mineral+pdf&oq=tostacion+de+mineral+pdf&aq=f&aqi= &aql=&gs_l=serp.3...75651l80878l1l81398l11l11l0l0l0l8l1797l10928l51j4j3j2l10l0.frgbld.&psj=1&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&fp=379b1aa8 3385436d&biw=1024&bih=667


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