PROCESOS METALURGICOS I
LABORATORIO DE METALURGIA MET ALURGIA EXTRACTIVA INFORME N°1 Fusión de un Mineral Alumno: Doubert Aquije, Abigail Yaivel. Código: 104472 Profesor :
Ing. Corcuera Urbina Juan Agustín.
Objetivo: -
Familiarizar al estudiante estudiant e con los instrumentos instrument os que se utilizan en el laboratorio de pirometalurgia, el uso apropiado que se debe dar a los equipos, el cuidado que demanda hacer los análisis para obtener datos, resultados fiables y aplicar conocimientos sobre la fundición, fundente y fusión, teniendo siempre en cuenta la seguridad en el área área de trabajo para evitar accidentes.
Fecha de Realización: 22 de agosto de 2015
2015- II
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PROCESOS METALURGICOS I
INDICE Contenido
Pág.
I. ABSTRACT………………... ………………….… 1 II. Introducción Teórica ………………………………... 2 III. Equipos y materiales………………………………… 5 IV. Procedimiento (Metodología)…………………………5 Metodología…………………………………………… 6 V. Presentación de Resultados …………………………7 VI. VII. VIII. IX. X.
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Discusión de Resultados ……………………………..8 Cuestionario …………………………………………....9 Observaciones ………………………………………...10 Conclusiones …………………………………….…… 11 Bibliografía ……………………………………….…… 12
PROCESOS METALURGICOS I
Fusión de un Mineral
1. ABSTRACT La primera experiencia de laboratorio de procesos metalúrgicos tiene como objetivo familiarizarnos en el campo de la pirometalurgia que tiene como finalidad extraer el metal de interés del mineral sulfurado a través de temperaturas altas (fundición). Se inició con una antesala de una explicación breve acerca del proceso de fundición y la seguridad aplicada en el desarrollo de la práctica. Luego de la breve explicación teórica se pasó a desarrollar nuestra experiencia comenzando con la mezcla de los fundentes, mineral y reductor, donde el fundente es responsable de elevar la temperatura en un crisol resistente a altas temperaturas. Así se procedió la preparación para someterlo a fundición en un horno llevándolo a 1200 °C, donde se hizo uso de guantes, mandil y casco de aluminio que es resistente a altas temperaturas, se comporta como un aislante térmico evitando accidentes. De esta manera se dejó un tiempo de 1hora con el fin de disolver el metal y los restos de agua adherido dentro del mineral. Finalizando el laboratorio se identificó las partes como se reordena los líquidos fundidos cuando se solidifican siendo exitoso la experiencia contribuyendo a un manejo más estrecho de la tecnología que se usa en la minería.
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2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: La Pirometalurgia es un método de obtención fue el primero en ser utilizado en Metales como el hierro, níquel, cobre, oro, etc., se obtienen desde el mineral gracias a esta técnica, que es utilizada en gran proporción debido a ser un proceso muy rápido en comparación con otros, pero tiene l a desventaja de ser bastante contaminante para el medio ambiente. En pirometalurgia, una vez se consigue eliminar la ganga, o al menos su mayor parte, empieza el proceso de obtención del metal. Dicho proceso consiste básicamente en una reducción química, pues es preciso convertir el metal desde su número de oxidación positivo (con el que aparece en el mineral en estado libre), a número de oxidación cero. Para ello hay procesos pirometalúrgicos
Procesos pirometalúrgicos
Calcinación Es la descomposición del mineral en grupos funcionales formadores por la acción del calor. CaCO3(s) CaO(s) + CO2 (g)
Tostación (oxidación) Consiste en el cambio de la composición química de un mineral metálico por reacción de altas temperaturas, pero sin cambio de su estado sólido, con las sustancias gaseosas de la atmosfera del horno. La tostación, como calcinación es una operación de naturaleza química pero, a diferencia de ésta, no se plantea eliminar la materia inerte sino tan sola transformarla, sus efectos sobre la concentración metálica de la mena son escasos.
Fusión El objetivo de esta etapa es formar una fase de sulfuros líquidos, compuesta principalmente por calcosina Cu2S, covelina CuS, calcopirita CuFeS2, pirita FeS2y bornitaCu5FeS4, que contenga en lo posible todo el cobre alimentado y otra fase oxidada líquida, llamada escoria, en lo posible exenta de cobre, compuesta principalmente de silicatos de hierros. Los silicatos de hierro y los fundentes forman la escoria, la mata de cobre contiene azufre, cobre y hierro, así como metales preciosos y otros metales a niveles de trazas. La Escoria pobre en el metal, es caracterizada y descartada directamente, o sometida a una etapa adicional de recuperación del metal, si su contenido es alto. La mata constituida fundamentalmente por sulfuros de cobre y hierro pasa a una etapa posterior de conversión por oxidación. Los concentrados sulfurados de cobre son básicamente combinaciones, en proporciones variables, de sulfuros de hierro y cobre mezclados con ganga silícea ácida o básica. Las unidades de fusión que posee la Fundición de concentrado son tres: un Horno Flash,tipo Outokumpu, y dos Convertidores Teniente.
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Reducción La reducción de diferentes óxidos metálicos para la obtención de distintos metales es la operación pirometalúrgica más importante. Se trata de reacciones de reducción que responden a una termodinámica y a una cinética que hay que conocer muy bien para poder dar el máximo rendimiento posible a los reactores. Como reactivo de reducción universal se utiliza el carbono (carbón, coque) y su producto de oxidación parcial: el monóxido de carbono. Ambos quedan relacionados entre sí y con el otro óxido del sistema C-O, el dióxido de carbono, a través del equilibrio de Boudouard, el cual es muy importante en los sistemas pirometalúrgicos de reducción de especies minerales oxidadas.
ESCORIAS METALÚRGICAS En un proceso de fundición, la escoria puede ser definida como una fase que contiene substancias inútiles de un mineral y que inevitablemente estará en cualquier operación pirometalúrgica que involucre sistemas fundidos. Todas las escorias poseen, en alguna medida, bondades para la purificación del efluente metálico y van adquiriendo mayor importancia cuando se encuentran más cerca del lecho metálico.
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Primordial en un laboratorio metalúrgico: Seguridad en el laboratorio: Las enfermedades por estrés térmico, tales como el golpe de calor, constituyen un riesgo común debido, fundamentalmente a la radiación infrarroja procedente de los hornos y el metal en fusión. Esto constituye un problema de importancia cuando hay que realizar trabajos que exigen gran esfuerzo en ambiente muy caliente. La prevención de las enfermedades producidas por el calor se puede realizar mediante pantallas de agua o cortinas de aire delante de los hornos, refrigeración puntual, cabinas cerradas y provistas de aire acondicionado, ropas protectoras contra l calor y trajes refrigerados por aire, que proporcionen tiempo suficiente para la aclimatación, pausas de descanso en zonas refrigeradas y un suministro adecuado de líquido para beber con frecuencia.
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3. METODOLOGÍA SEGUIDA: 3.1. Materiales y Equipos:
Horno de Petróleo
Crisol
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Fundente
Lingotera
Tenasas para
Implemento de
Fundición
Seguridad de aluminio
Espátula
Balanza
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3.2. PROCEDIMIENTOS:
Pesar el crisol vacío en una balanza electrónica.
Pesar 20 g de mineral de plomo y poner una bolsa de olietileno.
Pesar 130g de fundente y agrupar en la bolsa
Agregar 4 g de reductor en la bolsa y mezclar todo el
contenido
Llevarlo al horno a 1200 °C
Muestra fundida
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4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
La razón por la que todo el metal de interés fundido se encuentra en la parte inferior del lingote de hierro es porque el plomo es más denso, propio de metal pesado, que la escoria y por lo tanto por gravedad se ubica en la parte inferior.
El fundente cumple una función vital en la fusión del mineral ya que aumenta y limpia los óxidos a altas temperaturas, es decir ayuda a elevar la temperatura más rápido. Esto se comprobó por medio de otra muestra con ausencia de fundente y se notó claro la insignificante transformación de sólidos a líquido, siendo evidente que la mezcla permanecía en estado sólido.
Los implementos de seguridad de rayón aluminizado es indispensable ya que tiene una resistencia térmica contra alta temperaturas; es un aislante térmico para laboratorio.
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5.CUESTIONARIO: 1. Investigue y explique para qué sirven los fundentes empleados en la pirometalurgia para la fusión de los minerales. El fundente sirve primordialmente para disolver las capas de óxidos que se van formando continuamente durante el calentamiento de una pieza y, en términos generales, para proteger el área por soldar contra todas las influencias dañinas procedentes del medio ambiente. El fundente, en cuanto a su composición química, debe ser acorde al tipo de metal base. Debe tener la propiedad de licuarse a aproximadamente 100º centígrados por debajo de la temperatura de trabajo del metal de aporte y fluir por capilaridad. Este efecto se produce cuando el fundente fluye hacia donde el soldador dirige la flama. De esta manera se logra que el área de la junta se moje perfectamente, reduciendo la tensión superficial del metal de aporte. Los fundentes en forma de pasta son más ventajosos respecto de la técnica de aplicación, porque no solamente se adhieren a superficies horizontales sino que se pueden aplicar en cualquier posición. Así también es posible aplicarlos sobre la pieza fría para proteger la superficie de oxidación durante la fase de precalentamiento. Por otra parte los fundentes en polvo se pierden parcialmente debido al soplo de la flama. Para procesos comunes y corrientes bastarán seguramente los fundentes mencionados en la correspondiente página. Sin embargo, a veces suelen surgir problemas en relación a soldaduras en posición difícil, procedimientos de postratamiento, fuentes de calor determinadas (por ejemplo: inducción por alta frecuencia), fabricación en serie, etc., que requieren el empleo de fundentes especiales.
2. Se requiere preparar un lecho de fusión, que se procesará en un horno de fusión directa para extraer Pb, y cuya mezcla debe tener los siguientes índices metalúrgicos:
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Se dispone de un concentrado cuya composición es: H2O = 9% CaO = 1% Pb = 51%
S = 22% SiO2 = 4.5% Fe = 12.83% (como FeO)
Se dispones de fundentes: A) Caliza (CaCO3): Humedad = 5% B) Sílica (SiO2): Humedad = 4% C) Pirita (FeS2): Humedad = 9%
CaO = 51% SiO2= 93% Fe = 40%
Se requiere calcular por cada 100 toneladas de lecho de fusión, cuantas toneladas de cada fundente se requiere emplear y su composición final (% en Pb, S, CaO, SiO2, Fe y humedad)
DESARROLLO:
Partiendo de los índices metalúrgicos:
Fe = 10 % = 10 toneladas SiO2 = 9.09 toneladas CaO = 8.18 toneladas
Fundentes A) Caliza (CaCO3): Humedad = 5% 14.08 toneladas 0.7 Toneladas
CaO = 51% 7.18 Toneladas
B) Sílica (SiO2): 4.93 toneladas
SiO2= 93% 4.59 toneladas
Humedad = 4% 0.2 toneladas
Composición final:
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H2O = 9.9 Toneladas CaO = 8.18 Toneladas Pb = 51 Toneladas S =22 Toneladas SiO2 = 9.09Toneladas
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Fe = 7.7 Toneladas A) Humedad = 9.1 % B) SiO2 = 8.3%
CaO = 7.5 % S= 20.1%
Pb= 46.7 % Fe= 7.00%
1. OBSERVACIONES
Se observó un color vivo del fluido de color naranja propio del metal líquido.
Se notó una explosión del líquido fundido, esto es debido al agua en su estado metaestable a la hora de trasvasarlo en el lingote de hierro. Esto es por poco tiempo en el horno.
El mineral sin fundente es muchísimo más lento en pasar a estado líquido que un mineral con fundente.
Al solidificarse el metal de interés se encontró en la parte inferior del recipiente y en la parte superior la escoria, esto es debido a que el plomo es muchísimo más denso que la escoria.
El reconocimiento de la separación del metal de la escoria se hizo a través de un martillo ya que la escoria tiene la estructura más débil que el metal.
2. CONCLUSIONES
Se trabajó bajo estricta normas de seguridad en el laboratorio.
Se dedujo que la pirometalurgia (fundición) es una separación de sólidos por medio de su densidad a través de altas temperaturas.
Se concluyó que es necesario un fundente en la fundición del mineral para agilizar el cambio de estado de solido a líquidos de los metales evitando perdidas económicas en forma de energía proporcionada por el horno.
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BIBLIOGRAFÍA
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Ballester, Antonio (2003) Metalurgia extractiva. Tomo 1. Madrid: s.n.
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Biswas, Asit (1993) El cobre, metalurgia extractiva. México D.F.: Limusa
