Investigación de Las Temperaturas de Liquidus y Equilibrio Entre Fases

7/25/2019 Investigacin de Las Temperaturas de Liquidus y Equilibrio Entre Fases

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Investigacin de las temperaturas de liquidusy Equilibrio entre Fases de las escorias de

fundicin de cobre del sistema FeO-Fe2O3-

SiO2-CaOgO-!l2O3 a "O2 #$ % atm&'ctor ( &E)!O* CO+I) )E,&I"* avid "( .EO/.E-0E))E1* O/E)!O/"E/SO)!+( &!1ES* y E( !0

+os concentrados de cobre y fundentes pueden contener niveles variables deSiO2* CaO* gO y adems los componentes principales Cu* Fe* S( +arecuperacin de metales* la grabacin de escoria* y la integridad de toda lapared del 4orno dependen de equilibrio de fases y otras propiedades de lasfases y son funciones de la composicin de escoria y temperatura defuncionamiento( El control ptimo de la qu5mica de la escoria en las fundicionesde cobre* por lo tanto* es esencial para la alta recuperacin y la productividad6

esto* a su ve7* requiere detallado conocimiento de los equilibrios de fase deescoria( El presente traba8o proporciona nuevos datos e9perimentales deequilibrio de fases del sistema de FeO-Fe2O3-SiO2-CaO-gO-!l2O3 en lapresin parcial de o95geno de #$ % atm dentro de la gama de temperaturas ycomposiciones directamente pertinentes a fundiciones de cobre( "ara la gamade condiciones correspondientes al 4orno de fundicin de la 0ennecottCorporation :Sur agna* ;rm e9perimentalmente queconcentraciones crecientes de gO o CaO disminuyen signi>cativamente latemperatura liquidus de la tridimita y cambia la posicin liquidus de la tridimitaen la direccin de una mayor concentracin de s5lice6 a diferencia de* lastemperaturas de liquidus espinela aumentan signi>cativamente con elaumento de gO o CaO( Olivino y precipitados clinopyro9ene aparecieron aaltas concentraciones de gO en la escoria l5quida( +os temperatura delicuefaccin en el campo espinela fase primaria se e9pres como una funcinlineal de # ? :@t "C


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esencial para optimi7ar el rendimiento global fundicin(

+os efectos de las impure7as CaO* gO* !l2O3* y

introducido en la escoria con los concentrados y fundentes

en la tridimita :SiO2= y espinela campos fase primaria

de s5lice y espinela son de particular inter's(

+a composicin de la escoria medio en el as4 de cobre

4orno de fundicin :FSF= en /io ca a seis componentes:Fe-Si-O-Ca-g-!l=* suponiendo que un smallconcentration

9ido de Cu disuelto qu5micamente en la escoriaa esta ba8a "O2 tiene un pequeHo efecto en la fase l5quida(


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saturacin de metal( Imlac4 et al ( KG* L inform de la fase l5quidalas super>cies del sistema !l2O3- CaO - Feo9 en "O2 de#$ % atm( uan col y col( K B L inform el equilibrio de fasesy las temperaturas de liquidus en el sistema gO- FeOFe2O3-SiO2 en varias relaciones de CO2 ? &2 >8os de #32a 2( )iNolic y col ( K %*D L construyeron los diagramas de fasepara el sistema de FeO - Fe2O3 - SiO2 - CaO al parcial de o95genopresiones y temperaturas de inter's para la conversin de cobre(u et al(* K#$*##L EriNsson et al(* K #2 L egterov et al(* K #3 LaN y col ( * K #*#G L y Selleby et al ( K #*#B L inform predi8erondiagramas de fase binarios y ternarios relacionados con la Fe -Si-Sistema multicomponente Ca -O -g- !l( "arece* sin embargo *que no e9isten estudios e9perimentales sistemticasen los efectos combinados de gO * CaO* !l2O3 y en elsistema de FeO - Fe2O3 - SiO2 en el o95geno intermediopresiones parciales correspondientes a los procesos de fundicin de cobrereportado (

II( t'cnica e9perimental1 "/OCEIIE)cultades en la obtencin precisadatos de equilibrio qu5micos para sistemas de escoria en comple8os

condiciones controladas de laboratorio( "rocedimientos e9perimentales4an sido desarrollados por la "irometalurgiaCentro de Investigacin de la ;niversidad de Pueensland K#%-2$Lque 4an resuelto varias di>cultades e9perimentales yse 4an aplicado con '9ito a varios comple8oescorias industriales(+a t'cnica para mediciones de equilibrio de fase esbasado en el equilibrio de alta temperatura de lamuestra de escoria sint'tica en una atmsfera de gas controlada


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y la temperatura seguido por enfriamiento rpido yEl anlisis de la composicin de las fases presentes(+a t'cnica e9perimental puede e9plicarse conreferencia a la >gura #( +a fase de escoria l5quida se convierteen el enfriamiento brusco con vidrio* y los slidos cristalinos presentes enla alta temperatura permane7ca inalterado( el templadomuestras a continuacin* se montan y pulido* y composicionesde las fases l5quida y slida se miden porelectrn microanlisis de sonda de rayos , :E"!= con longitud de onda+os detectores de dispersin :=(


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a cabo en un tiempo prolongado( El resultado indic que incluso#2 4oras de tiempo de la escoria de retencin es su>ciente para lograrequilibrio entre fases(Se utili7 un tiempo de retencin de 2 4oras para los e9perimentos("remelt a una temperatura mayor para un tiempo ms corto :G a3$ minutos= siempre se utili7 antes que la temperatura eraba8ado a la temperatura de equilibrio >nal( Estaasegurado la 4omogenei7acin de la fase l5quida* laprecipitacin de nuevos cristales de la fase l5quida* yevita la incertidumbre de algunos slidos restantes sin disolver(espu's de que el tiempo de mantenimiento* la base de la reaccintubo se sumergi en agua y 4ielo* y la ms ba8ase retir el tapn de goma de sellado del tubo( Entonces elmuestra se de8 caer directamente en el agua 4elada(+as muestras luego se secaron y se montaron en una resina epo9iresina y pulido para la observacin metalogr>ca ymicroanlisisedicin de las composiciones de los diversosfases dentro de la muestra se llev a cabo utili7ando un EO+,! %2$$+ :apn Electron Optics +td*

relevantes para las escorias de fundicin de cobre* como se indica en8as de 3*3 @t pctCaO y3(3 pct!l2O3 en peso en la fase l5quida* y otro con8unto fuereali7ada para evaluar el efecto de CaO en >8oconcentraciones de 3*3 en peso y pct!l2O3 pctgO 2*2 en pesoen l5quido(


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precipitar de la masa fundida de modo que el ob8etivo e9actogO* las concentraciones de CaO* !l2O3 y por lo general no sonalcan7ado en el primer e9perimento( arios e9perimentoseran necesarios para cada punto en el >8o de CaO* gO* ySe utili7aron concentraciones de !l2O3* e interpolacin linealpara calcular la posicin de liquidus en las secciones cone9acta concentraciones blanco de gO* CaO y !l2O3(Se obtuvieron dos con8untos de ecuaciones para correlacionar lalos siguientes puntos e9perimentalesA:!= +a posicin de un punto de licuefaccin :en peso "C


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dar a los valores calculados de relaciones Fe ? pct en peso de SiO2* yla columna de la derec4a en la 8oy concentraciones de !l2O3 en el FeO-Fe2O3-SiO2-CaOgO-Sistema de !l2O3 a "O2 de #$ % atm+os e9perimentos se llevaron a cabo para dirigir el gas


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tridimita l5quido o gas-l5quido-espinela equilibrios( E9perimentalresultados a temperaturas inferiores a #2G$ C eranobtenido para los equilibrios l5quido-gas tridimita-espinela(! altas concentraciones de gO* el gas a l5quidostridimita-clinopiro9eno o gas-l5quido-espinela-olivino)o se observaron con8untos de fase( E8emplos de t5picosmicroestructuras de escorias equilibradas se dan en la Figura 2(+a estructura cristalina de fases slidas en las muestras seno anali7ado por ,/( "or lo tanto* la tridimita* espinela*olivino* clinopiro9eno y fases slidas identi>cacionesse obtuvieron a partir de la composicin qu5mica medidopor E"! y las temperaturas reportados de estabilidad( K2#*22L "ara el intervalo estudiado para las condiciones*clinopiro9eno es la fase estable* de acuerdo con laFactSage K2#*22L predicciones(#( Fase iagrama FeO-Fe2O3-SiO2-gO-:3*3 en peso pctCaO-3(3 pct!l2O3 en peso= en la "O2 de #$ % atm+a proyeccin de la escoria de varios componentes en elJJ FeO JJ - plano SiO2-gO se ilustra esquemticamente en+a Figura 3 :a=( Cada una de las composiciones l5quidas recalculadosse determin mediante la normali7acin de las composicionesteniendo en cuenta slo relativa JJ FeO JJ* SiO2* gO yconcentraciones( +a seccin pseudoternario construidoque muestran campos fase primaria* isotermas liquidus* ylos puntos e9perimentales cercanas a la composicin ob8etivose da en la Figura ( +a tridimita* espinela* olivino* ycampos de fase primaria de clinopiro9eno se identi>caron en elgama de composiciones y condiciones a granel estudi( losliquidus isotermas en el tridimita y espinela primariacampos de fase en !l2O3 e9acta y las concentraciones de CaO de


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3(3 pct en peso fueron interpolados usando las ecuaciones( K#L y K2L paracalcular relaciones Fe ? "C< en peso de SiO2( "or conveniencia prctica*una relacin en peso de "C


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#?2 y #? de las concentraciones correspondientes en elescoria l5quida* respectivamente( +as concentraciones de SiO2 enespinela estn a menos de # pct en peso* y es evidente que laconcentracin de CaO disminuye con un mayorconcentracin de gO( +as concentraciones de CaOy !l2O3 en la fase de olivino son tambi'n menos de# en peso pct(3( Comparacin con FactSage "rediccin+a >gura G muestra el diagrama de fases propuesto basadoen los datos e9perimentales y la predic4a porFactSage K2#*22L ersin G(3(#( E9isten diferencias importantesentre los presentes resultados e9perimentales yFactSage predicciones de la siguiente maneraA:!= El punto de gas-l5quido-espinela a $ pctgO en peso*3(3 pct!l2O3 en peso* y un 3*3 en peso pctCaO est cerca decomposicin* tanto en el presente traba8o e9perimentaly en la prediccin FactSage( sin embargo* elSe determin la temperatura e9perimental de #22% Capro9imadamente desde el presente e9perimentaldatos por e9trapolacin usando coe>cientes de la gura( los

e9perimentos a temperaturas inferiores a #G23 0 : #2G$ C=y en concentraciones de gO anteriores pct en peso dadola precipitacin de olivino y clinopiro9eno ( ;)l5nea provisional para el olivino y clinopiro9eno liquidus


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campos de fase primaria( +a licuefaccin temperaturas tridimitadisminuir rpidamente con un aumento de "C< en peso Fe ? SiO2proporcin( +os resultados presentados en la Figura indican queel aumento de gO de 2*2 a D en peso resultados "C< en unasigni>cativa disminucin de la tridimita liquidus temperaturas6!lternativamente* esto puede ser descrito como un movimientodel eut'ctico-l5quido-tridimita-espinela de gas a partir de valoresde Fe ? SiO2 relaciones de "C< en peso de $*% a $*D cuando gO W 2*2a $* a $*G cuando gO W *$ en peso de pct( la espinela


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temperaturas liquidus* por el contrario* aumentan en apro9imadamente2$ 0 :2$ C= como gO aumenta de $ a en peso pct en cualquier relacin de "C< en peso Fe ? SiO2 dado([( Efecto de la adicin de CaO en la escoria >8os+a concentracin de gO y !l2O3 en el FeO-Fe2O3-SiO2-CaO sistema :2*2 en peso pctgO-3*3 en peso pct!l2O3=#( iagrama de fases ternario FeO-Fe2O3-SiO2-CaO:2*2 en peso pctgO-3*3 pct!l2O3 peso=+a construccin de la pseudoternario correspondienteseccin por la proyeccin de la escoria de varios componentescomposiciones sobre el JJ FeO JJ - plano de SiO2-CaO esse ilustra en la Figura 3 :b=( +as composiciones l5quidas recalculadosse determin mediante la normali7acin del originalcomposiciones teniendo en cuenta slo el E"!-miderelativos JJ JJ* FeO concentraciones de CaO y SiO2( los+as concentraciones de !l2O3 y gO fueron interpolados a3*3 en peso de pct y 2*2 en peso de "C


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+os resultados se e9trapolaron a $ en peso pctCaO usando las ecuaciones( K#Ly K2L( +os puntos e9perimentales obtenidos cerca de lacomposicin diana en el espinela y primaria tridimitacampos de fase tambi'n se representan en esta >gura( CrecienteCaO de $ a en peso resultados "C< en la disminucin signi>cativade las temperaturas liquidus tridimita6 el gas a l5quidostridimita-espinela eut'cticas se mueve de valores de Fe ? SiO2relaciones de "C< en peso de $*D$-$*DG en CaO W $*$ a Fe ? SiO2 en pesorelaciones de "C< de $*B-$*B$ en CaO W *$ en peso de pct( la espinelatemperaturas liquidus aumentan en apro9imadamente #$ Ccomo CaO aumenta de $ a en peso pct en cualquier dadorelacin de "C< en peso Fe ? SiO2(I( CO)SIE/!CIO)ES I);S


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factores* incluyendo la composicin de concentrado* buquebalance de calor* los volQmenes de escoria* y la concentracin de cobreen la escoria( Esta evaluacin est ms all del alcance de laestudio actual(

V. CONCLUSIONES Los datos experimentales de este estudio han hecho posible evaluar

el equilibrio de fases de sntesis

escorias en el J J FeO J J - sistema SiO2 - CaO - gO - !l2O3condiciones directamente relacionadas con la 0ennecott ;ta4Corporacin operacin as4 4orno de fundicin (


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concentracin de CaO en el l5quido( Olivino y clinopiro9enoprecipitado en gO en el l5quido mayor queapro9imadamente *G en peso de pct (+os resultados e9perimentales se compararon con loscalculado por FactSage ( &ubo diferencias signi>cativasidenti>cado entre el e9perimental y algunas de lascalculado liquidus composiciones y las posiciones del5neas de l5mite (

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