METALURGIA DEL COBRE, PLOMO, ZINC, ORO Y PLATA, SIDERURGIA Y OTOS METALES
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA METALÚRGICA
PIROMETALURGIA II MET 3315 TECNOLOGÍA DE METALES NO FERROSOS EJERCICIOS RESUELTOS
POR JAIME TACACHIRI CHOCAMANI Oruro Bolivia 2017 UNIV. TACACHIRI CHOCAMANI CHOCAMANI JAIME
METALURGIA DEL COBRE, PLOMO, ZINC, ORO Y PLATA, SIDERURGIA Y OTOS METALES
Contenido
Metalurgia del cobre Problemas resueltos Metalurgia de plomo Problemas resueltos Metalurgia del Zinc Problemas resueltos Metalurgia de plata Problemas resueltos Siderurgia Problemas resueltos
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OBJETIVOS DEL CURSO Comprender los fundamentos físicos y químicos de los procesos de extracción de metales a alta temperatura, con énfasis en la producción de cobre, plomo y zinc. Aprender a resolver problemas asociados a procesos pirometalurgicos, con comprensión de los diagramas de flujo y balances de materia y energía, para las principales operaciones involucradas en la extracción del metal. Realizar análisis de procesos para desarrollar diagramas de flujo e ingeniería conceptual en la extracción de cobre u otro metal.
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Problemas de balance masa en plantas de pirometalurgia Problemas de balance solido líquido en plantas de hidrometalurgia
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1.
INCO – FLASH SMELTING
Se debe procesar un concentrado de cobre mediante el proceso INCO para obtener una mata con 50 % de cobre en la mata. Para ello se alimenta al horno, a través del quemador, concentrado seco, aditivos y oxígeno técnico. Los productos de este proceso son mata de cobre, escoria y gases de proceso, que puede asumirse está libre de polvo. a) Para una tonelada de concentrado, calcular: a. La cantidad de mata producida, b. La cantidad y composición de escoria, c. La cantidad necesaria de aditivos. b) Calcular, a. Para el anterior proceso, la cantidad de oxígeno técnico necesario en Nm3, así como el volumen de gases producidos y su composición para una temperatura del gas de 1100°C (Asumir que el gas se comporta como gas ideal). b. El contenido de SO2 de los gases es posteriormente procesado en un 99.5 % para la producción de ácido sulfúrico mediante doble catálisis. Calcular el volumen en Nm3, de la cantidad de aire fresco requerido adicionalmente para la producción de ácido sulfúrico. DATOS: Concentrado: 63.4% CuFeS2; 28% FeS2; 7.3 %SiO2; 0.7% CaO; 0.6 % Al 2O3 Oxígeno técnico: 95 % O2; resto N2. Mata de cobre: 50 % Cu; Recuperación: 94.5 % Escoria: FeO : SiO2 : CaO = 68.5 : 27 : 4.5 Asumir: que el hierro se encuentra con valencia 2 en la escoria y que ella no contiene azufre. Como aditivos se añade SiO2 y CaO. El “rendimiento” del oxígeno es de 90 %. Solución
A) Para una tonelada de concentrado, calcular: a.
La cantidad de mata producida, Mata: Cu2S, FeS
= 63.5 183.5 ∗ 0.634 ∗ 1000 ∗ 0.945 = 207.328 UNIV. TACACHIRI CHOCAMANI JAIME
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= 207.328 0.5 = 414.657 b. La cantidad y composición de escoria, Escoria: Cu2O; FeO; SiO2; CaO; Al2O3
63.5 ∗ 0.634 ∗ 1000 − 207.328] ∗ 143 = 13.587 = [183.5 2 ∗ 63.5 Feconcentrado =Feescoria +Femata
56 = 98.693 = [414.657 − 2 ∗159 ∗ 207.328] 63.5 88 56 ∗ 0.634 + 56 ∗ 0.28] ∗ 1000 = + 98.693 [183.5 120 = 225.456 = 72 56 ∗ 225.456 = 289.872 SiO2 concentrado +SiO2 aditivos =SiO2 escoria
= 27 = 1000 ∗ 0.073 + 68.5 298.872 = 41.256 = 1000 ∗ 0.073 + 41.256 = 114.256 CaO concentrado +CaOaditivos =CaOescoria
= 4.5 = 1000 ∗ 0.007 + 27 114.256 = 12.043 = 1000 ∗ 0.007 + 12.043 = 19.043 = 0.006 ∗ 1000 = 6 Hallando su composición de escoria UNIV. TACACHIRI CHOCAMANI JAIME
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Escoria
kgr
%
Cu2O
13.587
3.07
FeO
289.872
65.47
SiO2
114.256
25.61
CaO
19.043
4.30
Al2O3
6
1.35
Total
442.758
100%
= 442.758 c.
La cantidad necesaria de aditivos.
= 41.256 = 12.043 = 53.299
B. Calcular, a. Para el anterior proceso, la cantidad de oxígeno técnico necesario en Nm3, así como el volumen de gases producidos y su composición para una temperatura del gas de 1100°C (Asumir que el gas se comporta como gas ideal). Otecnico =Ogases + Oescoria Sconcentrado =Smata+Sgases
∗ 32 ∗ 0.634 + 2 ∗ 32 ∗ 0.28] ∗ 1000 = 414.657 − 207.328 − 98.693 + [2183.5 120 = 261.820 ∗ 16 ∗ 261.820 = 261.820 = 2 32 Oescoria =OFeO + OCu2O
16 ∗ 13.587 = 65.936 = 16 ∗ 289.872 + 72 143 = 261.820 + 65.936 = 327.756 = 22.4 ∗ 327.756 = 229.429 2 ∗ 16 = 229.429 = 254.921 0.9 UNIV. TACACHIRI CHOCAMANI JAIME
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= 254.921 = 268.338 0.9 Gases: SO2; O2 y N2
a
T=1100 C =1373 K
64 ∗ 261.820 ∗ 1100 + 273 = 921.741 = 22.4 ∗ 64 2 ∗ 16 273 = (254.921 − 229.429) ∗ 1100273+ 273 = 128.207 = 268.338 ∗ 0.05 ∗ 1100273+ 273 = 67.478 Gases
V m3
%volumen
SO2
921.741
82.49
O2
128.207
11.47
N2
67.478
6.04
Total
1117.426
100%
b. El contenido de SO2 de los gases es posteriormente procesado en un 99.5 % para la producción de ácido sulfúrico mediante doble catálisis. Calcular el volumen en Nm3, de la cantidad de aire fresco requerido adicionalmente para la producción de ácido sulfúrico.
2 () + () = 2 () () + () = () = 64 32 ∗ 261.820 = 523.64 = 22.4 2 ∗ 64 ∗ 523.64 ∗ 0.995 = 91.179 = 91.179 = 434.185 0.21 Libro completo se tiene un costo de 50 Bs
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