Descripción del tostador de lecho fuidizado El tostador tostador es un horno de lecho fluidiza fluidizado do de secció sección n cilínd cilíndric rica, a, instal instalado ado en posici posición ón vertic vertical. al. Está Está formado por dos cilindros unidos por una columna de cono (7) de aproximadamente del 20 de la altura total del horno. En la parte superior del cilindro, se encuentran dos conductos de !ases de salida (") por la #óveda del horno$ se tiene tres conductos conductos de a!ua de refri!eraci refri!eración ón (2) % la entrada al interior interior del horno de los tres conductos de alimentación de concentrado (&). En la parte inferior del horno están instalados dos conductos de descar!a de calcina (&') % tres #ouillas de arranue de los uemadores (&&). a #ase del cilindr cilindro, o, es de menor diámetro diámetro % lleva lleva instalad instalada a una placa placa transv transvers ersal al inferior inferior llamada llamada distri#uidor distri#uidor (&*), ue está provista de 1976 toberas (&+) distri#uidas uniformemente en toda el área del lecho, euidistan euidistantes tes entre sí, de tal forma ue el !as pueda ser distri#uido distri#uido en forma uniforme uniforme desde el distri#uidor hacia el lecho de partículas. nida a la #ase inferior, inferior, se encuentra encuentra el cono ue forma la cámara de aire o -ind #ox (&), ue sirve para uniformizar la presión de soplado de !as (aire) a trav/s del distri#uidor, % por donde se conecta el conducto de entrada de aire de fluidización (&7) as paredes internas, están cu#iertas con material aislante t/rmico (), material refractario () % la pared interna de la #óveda con lana mineral (').
Partes del tostador de lecho fluidizado: &. 1ond 1onduc ucto toss de de ali alime ment ntac ació ión n de de con conce cent ntra rado do (' cond conduc ucto tos) s).. Nota 2. 1ond 1onduc ucttos de a!u a!ua a de de ref refri ri! !erac eració ión n (' (' en entrad tradas as). ). se se cam#iaron de u#icación a los ductos donde se alo3an los uemadores
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'. ". *. +. 7. . . &0. &&. &2. &'. &". &*. &+. &7. &.
ana mineral. 1onducto de !ases de salida (2 conductos). 1ámara de postcom#ustión. 1ilindro superior. 1olumna de cono. 5aterial aislante. 5aterial refractario. 1ilindro inferior. 6ouillas de arranue del uemador (' #ouillas). e#ose del lecho. 1onducto de descar!a de calcina (2 salidas). 6ouillas de temperatura de lecho. 4laca de to#eras. 8o#eras. 1onducto de aire de fluidización. 1ámara de aire o -ind #ox.
Funcionamiento del horno de lecho fuidizado El principio de funcionamiento del horno de tostación de lecho fluidizado, es la transferencia de calor por convección ue se da desde las partículas ue constitu%en el lecho % el concentrado. a característica principal de un horno de lecho fluidizado con !as (aire), es la de tener una masa de partículas sólidas a!itadas en forma intensa % en mezcla cercana a la mezcla perfecta. as partículas son a!itadas por efecto del !as (aire pre calentado) ue se suministra desde un soplador % ue se sopla hacia el horno impulsado a trav/s del conducto de aire de fluidización (&7) hacia la cámara de aire (&), continuando su recorrido a trav/s de una placa transversal inferior de to#eras llamada distri#uidor (&*), ue está provista de to#eras euidistantes entre sí, de tal forma ue el !as pueda ser distri#uido en forma uniforme desde el distri#uidor hacia el lecho de partículas. El aire de fluidización in!resa por los orificios de las to#eras (&+) al interior del horno, formando el caudal de fluidización. El espacio existente entre el lecho % la #óveda del horno, act9a como una cámara de postcom#ustión (*). El concentrado ue in!resa por el conducto de alimentación (&) es fluidizado %, por la alta superficie de contacto, pierde humedad formándose los !ases de escape ue salen lateralmente por los conductos de !ases de salida ("). as partículas sólidas permanecen en la zona densa del lecho hasta su salida por el conducto de descar!a de calcina (&'). :l iniciar el flu3o de aire a trav/s de un lecho estático de partículas, la caída de presión aumenta linealmente con el aumento del caudal de aire, hasta alcanzar un valor en el cual el empu3e del aire so#re el lecho se hace i!ual al peso de /ste. En estas condiciones para ese flu3o de aire, se alcanza un valor constante de la cantidad de aire ue percola entre las partículas % ue define la velocidad mínima de fluidización del sólido % a esta mezcla de partículas % !as en condiciones de mínima fluidización se le denomina emulsión. 1ualuier aumento de la cantidad de !as por encima de este valor no aumenta el valor de la caída de presión a trav/s del lecho % el exceso de !as forma #ur#u3as de !as o columnas de !as ue ascienden a lo lar!o del lecho, en forma mu% similar a las #ur#u3as o columnas de !as en un líuido en e#ullición.
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Esta característica 9nica de los lechos fluidizados por !as de formar #ur#u3as o columnas de !as tiene la venta3a de producir una vi!orosa e intensa a!itación % mezcla del lecho, el ue se puede aproximar a una mezcla perfecta, así como tener la venta3a de producir un alto !rado de transferencia de calor % trasferencia de materia en el lecho. ;e esta forma, el !as ue fluidiza el lecho se divide fundamentalmente en dos cantidades principales <na cantidad de !as ue percola entre las partículas % cu%a cantidad se caracteriza por la velocidad mínima de fluidización % cu%o valor es aproximadamente constante e independiente de la cantidad total de !as soplado al lecho. Esta cantidad de !as depende esencialmente de las características del material a fluidizar (tama=o % forma de las partículas coeficiente de esfericidad, densidad del sólido, altura de lecho caída de presión, velocidad de alimentación de concentrado, relación de concentrado % caudal de aire).
Características principales del tostador de lecho fuidizado de concentrados de cobre 8:> *&"0?8@8?0& 1apacidad 70 tAh Bumedad C &0 (entre a &0 ) 8emperatura de dise=o 700D 1elsius. 8ecnolo!ía utotec echo fluidizado 8iempo de operación 2" hAd ''0 días al a=o Fida 9til 20 a=os ;iámetro &2.2 m :ltura 2".* m 1arcasa de acero revestida de ladrillos refractarios Grea del lecho *0 m2 Grea del espacio li#re (free #oard) &00 m2 4recalentamiento tres uemadores para calentar el lecho a aprox. +00D1 :rena 2?" del concentrado, como material inerte para esta#ilizar el lecho 8olva de alimentación en la parte superior del tostador act9a como sello para evitar ue el !as del proceso escape al am#iente :limentador rotativo de accionamiento hidráulico :limentación por tres tu#erías desde la tolva de alimentación :ire de fluidización aire precalentado a 200?20D1 :ire por tonelada de concentrado de#e ser tan #a3o como sea posi#le, una vez ele!ida la temperatura de tostación. 8emperatura de tostación +*0?700D1 4resión en el tostador presión ne!ativa :zufre en calcina tanto azufre como sea posi#le (Hde 20 ) :rs/nico C0.' :!ua de refri!eración tres puntos de adición$ sólo como afinamiento de la temperatura de proceso ;escar!a del horno parte inferior del lecho, por encima de las to#eras • • • • • • • • • • • • • •
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Zonas del tostador de lecho fuidizado os hornos de lecho fluido de r/!imen #ur#u3eante o de columnas de !as (tur#ulentos) tienen varias zonas ue las caracterizan ?a zona inferior de entrada del !as o plenum ue sirve para uniformar la presión de soplado a trav/s del distri#uidor, ?El distri#uidor de !as provisto de to#eras. ?El lecho fluidizado propiamente tal, el cual puede ser de distinta altura en condiciones fluidizadas (expandida). 4ara ver tra#a3os similares o reci#ir información semanal so#re nuevas pu#licaciones, visite ---.mono!rafias.com
?a zona de desa!re!ación del sólido e%ectado por la violenta erupción de las #ur#u3as o colapso de las columnas de !as en la superficie del lecho. 4arte de este sólido e%ectado retorna al lecho. ?a zona li#re superior del reactor o free #oard donde el arrastre de sólidos (finos), es aproximadamente constante. Esta zona en al!unos reactores tiene un diámetro ma%or ue la zona del lecho para disminuir la velocidad espacial del !as % reducir así el arrastre de sólidos.
Variables en el proceso de tostación as principales varia#les en el proceso de tostación son 8ama=o % forma de las partículas. 4orosidad. Felocidad de aire so#re la velocidad de fluidización de las partículas. 1aída de presión (resistencia del lecho en I4a). 8iempo de residencia de la calcina dentro del lecho. :ltura de lecho. Felocidad de alimentación de concentrado. 1apacidad de car!a del tostador. azón (relación) de concentrado % caudal de aire. 8emperatura. • • • • • • • • • •
Mecanismos de tostación os principales mecanismos de tostación son &. ;ifusión de oxí!eno a trav/s de la capa límite. 2. ;ifusión de oxí!eno a trav/s de la capa de productos.
'. eacción uímica entre el oxí!eno % el sulfuro metálico. ". ;ifusión del anhídrido sulfuroso a trav/s de la capa de producto. *. ;ifusión del anhídrido sulfuroso a trav/s de la capa límite. eacción de 8ostación 25e@ J '2 K 25e J 2@2 a tostación es una reacción hetero!/nea % la velocidad de reacción es controlada por a tur#ulencia del !as a concentración de oxí!eno en el !as El tama=o de la superficie de contacto entre la fase sólida % la fase !aseosa. a reacción más rápida se produce durante una suspensión tur#ulenta de material fino, preferi#lemente con un flu3o en contracorriente a composición del producto calcinado del tostador se puede controlar por la temperatura % la presión parcial del oxí!eno. 4ara evitar el exceso de oxidación del hierro se puede #a3ar la temperatura. tro m/todo es controlando la presión parcial del oxí!eno % de este modo sólo oxidar parcialmente el concentrado • • •
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Es esencial el control del oxí!eno potencial para la formación de ma!netita, %a ue la operación con más condiciones oxidantes resultará en formación de hematita$ esta se de#e evitar, %a ue el ars/nico presente formará con la hematita arseniato de hierro ue acompa=ará al material tostado, sin poder ser eliminado. 8emperaturas más altas de 700D1 fomentan la eliminación de ars/nico por la formación de :s"+ (!), sin em#ar!o, cuando el concentrado es parcialmente tostado a temperaturas por encima de 725°C se puede producir cierta viscosidad se!uida por a!lomeración o sinterización de la calcina como resultado de los compuestos de fundición de #a3a temperatura en el concentrado. El 8ostador de ;5B está dise=ado para una velocidad de !as % un tiempo de residencia adecuado para producir una calcina de #a3o contenido de ars/nico. @e utiliza aire precalentado a 20D1 como a!ente oxidante % fluidizante. a calcina de#e contener tanto azufre como sea posi#le % por lo tanto el aire por tonelada de concentrado de#e ser tan #a3o como sea posi#le, una vez ele!ida la temperatura de tostación. 4ara una #uena esta#ilidad del lecho % una tostación superior, se a!re!a arena con paso de malla entre &0 % &00, en un ran!o de 2 a "
Etapas principales del proceso • • • • • • •
:limentación de concentrado en condiciones de sellado (estanco al !as del horno de tostación) 8ostación parcial en condiciones controladas @eparación de calcina en dos etapas de ciclones en serie efri!eración indirecta de calcina con a!ua de refri!eración 1om#ustión posterior del !as de salida del tostador efri!eración del !as de salida del tostador en una torre de refri!eración adia#ática Eliminación de polvo en el precipitador electrostático caliente. !ane"o de #as de proceso inclu$endo separaci%n de calcina $ polvo
&'(CC)*N'+ 'N ', -*&N* .' /*+/(C)0N .!-
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Problemas de aglomeración yo sinterización en el lecho Este es un pro#lema ue puede ser recurrente % es producido por distintas causas a) 5aterial a!lomerado en la alimentación (colpas de concentrado de alta humedad) ue caen sin dis!re!arse al lecho.
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#) :umento de temperatura local en el lecho, ue a su vez puede ser producida por material a!lomerado alimentado anteriormente o por una fluidización no uniforme en todo el plato de distri#ución, (to#eras tapadas). c) Lormación de eut/cticos de #a3o punto de fusión tipo :s2@' M 1u2@ M Le@ u otros. Este pro#lema se acent9a si ha% zonas de ma%or temperatura en el lecho fluido % es más severo para temperaturas del lecho por so#re 7&*?720N1. d) Enfriamiento localizado en ciertas áreas del lecho causado por !oteo o chorreo de a!ua de los pulverizadores (mala dispersión del a!ua, ue es frecuente). e) ;esprendimiento de masas o colpas de polvo adherido al free #oard (no mu% frecuente). Esto puede producir de fluidización de zonas del distri#uidor ue lue!o se propa!an al total del lecho % se detecta !eneralmente por una s9#ita disminución de la temperatura del lecho f) 1am#io en la composición mineraló!ica del concentrado. 4or e3., la presencia de plomo (4#@) forma eut/cticos de #a3o punto de fusión con otros sulfuros (O *00N1). !) 4aradas de emer!encia del reactor de tostación si no se controla la temperatura del lecho, este puede sinterizarse h) 4aradas o detenciones frecuentes del tostador
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