Pirometalurgia II
Cuál es la ley de Cu en el Eje? La ley obtenida en Cobre varía de 60 a 76 % dependiendo del contenido presentes en
la carga de alimentación al horno, y de los equipos involucrados. La densidad varía entre 4,8 a 5,6 dependiendo del contenido de cobre.
¿ Por qué debe agregarse en la carga un fundente? contenido en los minerales Se agrega sílice (cuarzo) con el objeto de captar el hierro contenido sulfurados fundidos y concentrarlos en la parte más liviana de la mezcla fundida (baño).
¿ Cómo se forma la escoria? Por la mezcla fundida de los minerales de ganga más el fundente agregado. Las reacciones que se verifican para la formación de Eje y escoria, pueden resumirse
en tres etapas. a) Debido a la alta temperatura reinante en el horno el sulfuro doble de Cobre y Hierro se desdobla. 2 CuFeS2 ------- Cu2S + FeS + S b) El óxido férrico es reducido a óxido ferroso por el sulfuro de hierro. 3 Fe2SO3 + FeS ---- 7 FeO + SO2
c)
El óxido ferroso (wustita) combinado con la sílice forma la escoria. FeO + SiO2 ---- FeO SiO2
Diagramas de estabilidad de Kellogg – Bassú Bassú
log pO2(g)
Cu-O -S Phase S tabil ity Diagram at 1250.000 C
4 3 2
CuO CuO*CuSO4
1 CuSO4
0 -1
Cu2SO4
Cu2O
-2 -3 Cu2S
-4
CuS Cu
-5 -6
-20 -15 -10 File: C:\HS C4\CuOS 1250.ips
log pO2(g)
-5
0
5
10
15 log pS 2(g)
Fe-O -S Phase S tabil ity Diagram at 1250.000 C
10
5 Fe2O3 Fe2(S O4)3
0 FeSO4
-5
Fe3O4
FeS2
-10
FeS
FeO Fe
-15 -25 -15 File: C:\HS C4\FeOS 1250.ips
-5
5
15
25 log pS 2(g)
Escorias
Parámetros de control químico de escorias
Escorias pirometalurgia del cobre
1.- fayalíticas 2.- Calcio Ferriticas 3.- Olivinas 4.- escorias refinación
Escorias de alto horno
Escorias de acerías
Escorias •
•
En el campo de la pirometalurgia es ampliamente aceptado que la calidad del producto está determinada por la fisioquímica de la escoria a utilizar y que la factibilidad técnica del proceso pasa por el tipo de recubrimiento refractario del reactor. Las escorias son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales. Se pueden considerar como una mezcla de óxidos metálicos; sin embargo, pueden contener sulfuros de metal y átomos de metal en forma de elemento. Durante la fundición, cuando la mena está expuesta a altas temperaturas, sus impurezas se separan del metal fundido y se pueden retirar.
Parámetros de control químico de escorias 1. Acidez y basicidad 2. Viscosidad 3. Densidad 4. Conductividad termica 5. Conductividad electrica 6. Difusividad Tensión superficial
1. Acidez y basicidad
Las escorias liquidas son ionicas. Estan formadas por cationes Ca +2 , Fe+2, Fe+3, Mg+2 y aniones O2-, SiO 44Las escorias se clasifican en: Acidas : largos complejos anionicos y de alta viscosidad Basicas: Estructura simple y relativamente fluidas Neutras De acuerdo principalmente al contenido de sílice y los constituyentes presentes en ellas, I=
% oxidos basicos % oxidos ácidos
2. Viscosidad La viscosidad de las escorias es función de la temperatura y de la composición. La variación de la viscosidad con la temperatura obedece a una expresión del tipo de arrhenius En el caso de escorias fayaliticas, la influencia de la temperatura es mayor para altas concentraciones de sílice, despolimerizacion de los aniones. Una escoria fayalitica alta en sílice tiene mayor viscosidad que una escoria en la cual la sílice ha sido diluida con óxidos metálicos, tales como FeO, Fe2O3, NaO, CaO
. Densidad La densidad de las escorias ferrosilicatadas, decrece con el aumento del contenido de s ilice La densidad de una escoria fayalitica es de 2,7 g/cm3 a 1200°C
Composición (% peso)
Densidad
FeO
CaO
SiO2
Fe3O4
g/cm3
61,8
0,1
34,1
1,8
3,52
55,9
4,4
35,8
2,5
3,35
50,8
7,4
35,4
3,7
3,31
44,1
12,8
36,5
3,7
3,25
38,8
17,4
38,9
2,7
3,05
33,7
20,7
40,9
2,2
3,02
Formación Magnetita Escorias Es sabido que la formación de magnetita durante los procesos pirometalúrgicos ocasiona una serie de problemas para la operación, en particular, durante las etapas de fusión y conversión (pisos falsos, capas intermedias, pérdidas considerables de cobre en las escorias, etc.), por lo tanto, se podría considerar entonces que la formación de magnetita es una de las propiedades químicas más importantes en las escorias.
Pérdidas de Cobre en Escorias El problema de la pérdida de cobre en las escorias es considerado quizás el principal de los problemas clásicos de las fundiciones de cobre. Para cuantificar de alguna manera el concepto de pérdida de cobre se habla en algunos textos de “factor de pérdida” (Santander, 1979), que se define basándose en el simple
equilibrio de distribución, expresado porcentualmente, es decir:
Factor de Pérdida = ((%Cu en la escoria) / (%Cu en el eje)) x 100 Debido a su incidencia económica, el problema de la pérdida de cobre en las escorias ha sido de interés para varios investigadores por mucho tiempo. En la actualidad, se puede concluir que existen básicamente dos causas que originan el problema, ellas
Escorias fayalíticas
Las escorias fayaliticas, utilizan SiO2 como fundente. Éstas se caracterizan por ser fluidas, son bastante acidass, lo cual contribuye a una buena eliminación de impurezas tales como Pb, pero no así con el As y Sb, Actualmente se utilizan principalmente en :
Convertidor teniente
Horno flash
Pierce Smith
Contenido de Sílice El contenido de sílice es importante en la formación de la magnetita, ya que depende de éste, poder producir un cierto porcentaje de escoria fayalítica y así regular en gran parte la formación de magnetita, pues ésta se produce entre otras formas por la sobreoxidación del FeO. un consumo adecuado de sílice permite tener una cantidad aceptable de magnetita. Se puede ver que un exceso de sílice en el reactor provoca serios problemas en la escoria resultante, aumentando la viscosidad de ésta y produciendo un aumento en los costos de operación. Por el contrario, poca cantidad de sílice da como resultado una escoria con alto porcentaje de magnetita, lo cual trae como consecuencia todo lo ya mencionado, es decir, alta viscosidad, escorias espesas de difícil sangrado, generadora de piso falso, etc.
Escorias Calcio Ferriticas
Las escorias calcio ferríticas, utilizan CaO como fundente. Éstas se caracterizan por presentar altos contenidos de Cu2O y son bastante básicas, lo cual contribuye a una buena eliminación de impurezas tales como As y Sb, pero son demasiada nocivas al refractario reaccionando con ellos, puesto que presentan altos porcentajes de óxido de cobre. El uso de CaO como fundente lleva a formar escorias calcio ferríticas, las cuales son fluidas en un rango de temperaturas entre 1250 a 1300 ºC. Las reacciones que avalan lo anterior son: Fe3O4 Sólido +CaO = CaFe2O4 +FeO 2FeO Sólido + ½ O2 gas +CaO = CaFe2O4 En este proceso ocurre una importante disolución de Cu2O en la escoria, lo cual contribuye a disminuir la viscosidad de la escoria. Pero tiene un gran poder corrosivo contra los ladrillos de cromo magnesita.
