DGEMIC
Ingeniería en Geología y Minas
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA, MINAS E INGENIERÍA CIVIL UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
TIPOS DE TOSTACIÓN
BENEFICIO DE MINERALES
Estudiante:
Álvaro Pérez C-
Profesor: Fecha entrega:
Ing. Victor Sanmartín. 18/07/2017
El proceso consiste en el calentamiento sin fusión de una mena en contacto con un agente oxidante. El agente oxidante generalmente es oxígeno del aire o un compuesto químico (óxido, nitrato) que al descomponerse proporcione el oxígeno La temperatura debe de ser lo suficientemente alta para que el equilibrio se desplace hacia la descomposición de la mena. Si la temperatura es demasiado alta se funde la superficie e impide la oxidación Se necesita exceso de aire, por encima del oxígeno teórico, para compensar la dilución en gases producidos Su objetivo es:
Descomponer a la mena produciendo el metal libre (extracción directa) Descomponer la mena dando un compuesto (óxido o sulfuro más sencillo) donde el metal sea más fácil de separar Descomponer la mena en otros compuestos intermedios intermedios para una transformación posterior (tostación parcial)
Factores que influyen en el proceso.
Temperatura: Depende del tipo de mena y tipo de horno. Mayor generalmente generalmente de 500°C y generalmente entre 750-950°C. Concentración de oxígeno: a mayor concentración concentración de oxígeno más velocidad velocidad de reacción y menor pérdida de calor por el exceso de aire y nitrógeno (se inyecta aire enriquecido con oxígeno) Forma de presentación de la mena: más dividida, mayor velocidad de reacción pero más arrastre de partículas de mena por los gases Siempre se forma el óxido con mayor % de metal.
Principio:
Descomposición de la mena en un gas y el metal a obtener SM(s) + O2(g) SO2(g)+ M(s)
De un oxido en otro óxido en el que el metal tiene menos afinidad con el oxígeno 4M3O4(s)+O2(g) = 6M2O3(s)
Transformar un sulfuro en un oxido 2MS(s) + 3O2(g) = 2MO(s)+SO2(g)
Transformar un sulfuro en un sulfato SM(s) + O2(g) = SO4M2(s)
En donde M es el metal y S el azufre, As o el Sb (Bodsworth, 1994).
La tostación con reactivo reductor, o tostación reductora, se utiliza para eliminar parcial, o totalmente cuando ello es posible, el oxígeno de los óxidos metálicos sin necesidad de fundir la carga mineral, facilitando así su posterior extracción piro o hi drometalúrgica. La tostación reductora utiliza como reactivo gaseoso CO, aportándose también carbón a la carga para generar el reactivo y garantizar el potencial reductor de la atmósfera del reactor. También cabe utilizar como reactivo gaseoso H 2 (g), u otros gases reductores, como SO2, si bien las dificultades de disposición y manipulación en los reactores metalúrgicos industriales les hacen s ólo aplicables en casos muy especiales. La tostación tos tación reductora puede ser parcial, y total o a muerte.
Esta tostación disminuye el grado de oxidación del metal lo que facilita su lixiviación ácida como es el caso del paso de MnO 2, a MnO en la llamada tostación solubilizante, y, la volatilización arsénico y antimonio en forma de As 2O3 y Sb2O3 en la tostación volatilizante; también se emplea como preparación mineralúrgico para eliminar por separación magnética en la tostación magnetizante, parte de la ganga férrica de menas metálicas, ya que convierte la hematites: Fe 2O3 en magnetita: Fe 3O4. Su objetivo es:
Transformar la mena por oxidación parcial, quedando el metal parte en su forma química original y parte como óxido.
Variantes:
Tostación parcial previa a una reacción Tostación parcial previa a una fusión TOSTACIÓN PARCIAL PREVIA A UNA REACCIÓN. No verifica la oxidación completa de los sulfuros, para obtener un tostado que contenga una parte de sulfuro sin reaccionar mezclada con óxido, para posteriormente realizar una reacción entre el óxido formado y el sulfuro no oxidado Reacción Inicial 3MS(s) + 3O2(g) = SM(s) + 2MO(s) + SO2(g) Reacciones posteriores SM(s) + 2MO(s) = SM(s) + SO4M(s) SM(s) + SO4M(s) = 2M(s) + SO2(g)
TOSTACIÓN PARCIAL PREVIA A UNA FUSIÓN Separa dos metales M1, M2 presentes presentes en una mena compleja sulfurada, eligiendo eligiendo convenientemente la temperatura temperatura en función de la afinidad de ambos metales metales se consigue que uno de ellos pase a óxido y el otro quede q uede como sulfuro. Reacción Inicial 2CuFeS2 + 3O2
2CuS2 + 2FeO + 2SO 2
CuS2 + FeO + SiO 2
CuS2 + SiO2.FeO
La tostación a muerte elimina completamente el oxígeno del óxido metálico; lo que es factible tratándose de algunos casos como en el niquel y hierro, en el caso del níquel permite lixiviarlo en medios alcalinos y en el del hierro producir chatarra artificial o esponja de hierro (Payno & Marquínez, 2009). Factores que influyen en el proceso. Tipo de mena la necesidad de combustible auxiliar El contenido de azufre que pueda tolerarse en la calcine Control de la atmosfera del horno y la recirculación de gases Fluidificación del lecho. Principio: 2MS(s) + 3O2(g) = 2MO(s) + SO2(g)
La tostación sulfatante es una tostación oxidante en la que se aprovecha el dióxido de azufre, producido por oxidación de los sulfuros, para sulfatar los óxidos metálicos formados a partir de éstos. Las reacciones de oxidación de los sulfuros metálicos se efectúan de modo idéntico al caso de tostación oxidante, pero en la tostación sulfatante el flujo de aire debe ser pequeño, de tal modo que se den las mínimas pérdidas de dióxido de azufre por arrastre en los gases de escape. Su objetivo es:
Someter la muestra a calentamiento y la acción de una fase gaseosa con el fin de obtener la transformación química del sólido a la forma de sulfato
Factores que influyen en el proceso.
Oxidación controlada de sulfuros metálicos bajo sus puntos de fusión. Coexistencia de algunas especies O2, SO2, SO3, S2 – MeOx, MeSx, MeSO4, oxi –sulfatos, dependiendo de las condiciones de operación. Control de la temperatura para manipular la operación La relación entre los sólidos y los componentes gaseosos en equilibrio están fijados por la T° y la presión parcial del SO 2 Y O2 (Velasco, 2010) .
Principio: A partir de sulfuro: MS + 2O2 = MSO4 A partir de un óxido: M2S + SO2 + 3O2 = 2MSO4
Esta tostación, que utiliza como reactivos sustancias clorurantes sólidas y gaseosas, tiene por objeto transformar las menas metálicas, indistintamente sulfuros u óxidos, en cloruros. Al igual que en la tostación reductora, la acción directa sobre las menas se produce por agentes presentes en la atmósfera del reactor, bien aportados a ella directamente, como en el caso de las cloraciones con cloro gas o indirectamente al formarse cloruros volátiles, entre ellos el gas HCl, en presencia de cloruros alcalinos o alcalino térreos en la carga, principalmente NaCl o CaCl2. En la atmósfera del reactor están presente, además, gases oxidantes, como O2, o reductores, como CO, según se cloruren respectivamente sulfuros u óxidos. La cloración puede tener diversos fines, y aplicarse tanto como operación preparatoria de la extracción pirometalúrgica como hidrometalúrgica. En cuanto a sus aplicaciones pirometalúrgicas pirometalúrgicas estos fines pueden ser: a) Extraer a temperaturas propias de las tostaciones ciertos metales que al clorurarse se volatilizan separándose de las gangas o impurezas que lo acompañan, tal es el caso de la recuperación de estaño de las chatarras de hojalata y la de aluminio metal de sus residuos; b) permitir la posterior extracción metalotérmica del metal, es decir utilizando calcio como reductor en lugar de carbono, bajo muy bajas presiones de oxigeno como en la metalurgia de los metales refractarios: Ti, Zr, Va, Nb, etc. Con finalidad hidrometalúrgica se utiliza a) para solubilizar metales refractarios al ataque ácido sulfúrico cuyos cloruros se disuelven en lejías clorhídricas o en salmueras, siendo este el caso de los sulfuros de plomo y plata que o no se tuestan (Ag) o que, si lo hacen (Pb), forman óxidos o sulfatos insolubles; b) para recuperar por disolución los metales base de residuos y menas pobres de ganga férrica, como las cenizas de pirita tostada o las piritas complejas, separándolos del hierro que en forma de óxido férrico: Fe2O3 no se clorura ni lixivia.
Su objetivo es:
Transformar una mena (sulfuro, óxido) en un cloruro soluble o volátil para su posterior posterior tratamiento
Factores que influyen en el proceso.
Afinidad de los metales por el reactivo Temperatura del sistema de trabajo Moderación de los rangos de temperatura t emperatura
Variantes:
La posibilidad de clorar óxidos depende también de la afinidad relativa de los metales por el cloro y el oxígeno, propiedad que se estudia mediante el diagrama E-R de la reacción. MeO(s) + Cl2(g)
MeCl2(s) + 1/2O2(g)
Obtenido restando de las ordenadas del diagrama de formación de los cloruros las de formación de los óxidos respectivos. Los metales base Cu Pb, ZN son más afines por el cloro que por el oxígeno, siéndolo también el hidrógeno a temperaturas superiores a los 500°C por lo que al existir humedad en la atmósfera de los hornos de tostación clorurante se forma ácido clorhídrico reactivo y aumentando el potencial corrosivo del gas. Por el contrario no lo es el hierro ferroso ni el férrico, principalmente este último. La posibilidad de clorar con cloruros, según la reacción MeO(s) + CaCI2(s)
MeCI2(s) + MaO(s) ; (ΔG°T)5
Depende de la afinidad relativa por el oxígeno y cloro del metal clorurante y del metal clorurado. Los metales alcalino-térreos, como el Ca, presentan una afinidad por el cloro superior a la del oxígeno pero su afinidad relativa es inferior a la de los cloruros de los metales base lo que les confiere capacidad clorurante, sobre todo si se trabaja a mayores temperaturas que con cloro y con suficiente aportación de calor dado que la reacción es endotérmica.
La afinidad de los metales por azufre y cloro puede estudiarse análogamente a la de los óxidos con la ayuda de los diagramas de E-R de formación de los sulfuros y cloruros, MeS(s) + Cl2(g)
MeCI2(s) + 1/2S2(g)
Por razones análogas a la cloruración de los óxidos con gas cloro en presencia de carbón, la de los sulfuros se realiza en atmósfera oxidante ya que aumenta la actividad química del cloro y baja la temperatura de reacción a niveles inferiores, haciéndola, además, exotérmica
MeS(s) + Cl2(g) + O2(g)
MeCl2(g) + SO2(g)
Al igual que en el caso de los óxidos, los metales base son también más afines por el cloro que por el azufre, incluido ahora el hierro ferroso. Sin embargo, al contrario que en los óxidos, la afinidad relativa del Ca, y Mg, por el cloro y oxígeno es superior a la que presentan por el azufre lo que impide emplearlos como agentes de cloración de estos compuestos. La cloración, sin embargo, puede realizarse con cloruros alcalinos, NaCl principalmente, en presencia de oxígeno, ya que en temperaturas entre 500 y 600oC se forma SO 3 que sulfata el óxido de sodio, desplazando el equilibrio y haciendo exotérmica la reacción. Las tostaciones por gas cloro, tanto de óxidos como de sulfuros, y la de estos con NaCl en atmósfera oxidante, son exotérmicas y de nivel de temperatura moderado, algo por encima de los 500oC pudiendo ser térmicamente autógenas si la concentración de la mena es suficiente. Por el contrario, la de los óxidos con cloruros alcalino-térreos debe realizarse a temperaturas superiores a 100 grados y con aporte de calor. Las primeras suelen ser sintetizantes y las segundas volatilizantes. Ambas producen gases altamente contaminantes y corrosivos, formados por gas cloro, ácido clorhídrico, anhídrido sulfuroso, etc, por lo que requieren el uso de reactores estancos dotados de medios de depuración y lavado de gases (Mayer, 2015). Principio: 2ClNa(s) + SM(s) + 2O2(g) = Na2SO4(s) + Cl2M(s,l,g) 4ClNa(s) + 2MO(s) + S2(s) +3O2(g) = Na2SO4(g) + 2Cl2M(s,l,g)
Referencias Bodsworth, C. (1994). The Extraction an Refining of Metals. Uxbridge: CRC Press. Mayer, J. (June de 2015). 911Metallurgist. Obtenido de https://es.slideshare.net/JosePalacios11/la-tostacin-en-pirometalurgia Payno, M., & Marquínez, J. (Enero de d e 2009). Universidad de Cantabria. Obtenido de http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/metalurgia-ysiderurgia/materiales/Bloque%202.pdf Velasco, C. (18 de Julio de 2010). Universidad Tecnica de Oruro. Obtenido de http://docentes.uto.edu.bo/cvelascoh/wp-content/uploads/Tostaci%C3%B3n_1.pdf
