PIROMETALURGIA

PIROMETALURGIAPROCESO DE TOSTACION

INTRODUCCIONLos PROCESOS PIROMETALRGICOS son los mtodos ms antiguos y de aplicacin ms frecuentes de extraccin y purificacin de metales. MS + 3/2 O2 == MO + SO2MO + SO2 == MS + 3/2 O2LA TOSTACIN, que es el primer proceso, se emplea para cambiar los compuestos metlicos a formas de tratamiento ms fcil por las operaciones que siguen, as como tambin para remover algunas impurezas voltiles en la corriente de gas.

Tostacin sulfatante:obtener la transformacin qumica del slido a la forma de sulfato.- A partir de sulfuro:

- A partir de un xido:

INTRODUCCIONMTODOS DE TOSTACIONConcentrados de sulfuros de cobre-de hogar, de lecho fluido, de sinterizacin.Concentrados de sulfuros de nquel-de hogar, de lecho fluido, de sinterizacin.Concentrados de sulfuros de plomo- sinterizacin.TOSTACIONLa tostacin de los sulfuros es un proceso (de reaccin de gas - slido) en el que se pone en contacto aire en grandes cantidades, a veces enriquecido con oxgeno, con los concentrados del mineral de sulfuro. Esto se hace a una temperatura elevada a la que se combine el oxgeno del aire con el azufre del sulfuro para formar SO2 gaseoso y con los metales para formar xidos metlicos. Al producto slido de la tostacin se llama calcinado.

MTODOS DE FUSIN.Sulfuros de cobre tostados-reverbero, horno elctrico, horno de soplo.Sulfuros de cobre sin tostar- reverbero, reverbero con oxgeno, horno elctrico, fusin instantnea, fusin contina.Sulfuros de plomos tostados-horno de cuba.Sulfuros de plomo sin tostar-horno elctrico.INTRODUCCIONEn la que la capa de xido que se forma primero permanece como una capa porosa a travs de la cual puede pasar el oxgeno hasta la porcin interna del sulfuro que todava no ha reaccionado, en el interior de la partcula, y combinarse con el azufre para formar gas SO2 y salir del tostador.

MS + 3/2 O2 == MO + SO2MO + SO2 == MS + 3/2 O2Es la tostacin oxidante de un concentrado de sulfuro; cede calor.

Este calor de reaccin ayuda a mantener al tostador a la temperatura de tostacin requerida, con lo cual continua el proceso con el poco calor extra aportado por la combustin de un combustible.REACCIN HETEROGNEAREACCIN EXOTRMICAINTRODUCCIONHORNOS DE TOSTACION

1. TOSTADOR DE HOGAR MLTIPLE.2. TOSTADOR DE LECHO FLUIDO.3. TOSTADOR DE TIRO (SINTERIZACIN).

-Tito ascendente - Tiro descendenteConcepto:La eleccin del proceso de tostacin depende de la clase de proceso de fusin al que han de someterse los calcinados despus de la tostacin

1. TOSTADOR DE HOGAR MLTIPLE.INTRODUCCION

Horno de tostacin instantneahorno de pisos

3. TOSTADOR DE TIRO (SINTERIZACIN).-Tito ascendente - Tiro descendente2. TOSTADOR DE LECHO FLUIDO.

TOSTACION DE COBRE

TOSTACION DE COBRELa tostacin es una oxidacin parcial de los concentrados de sulfuro de cobre con aire y la eliminacin parcial del sulfuro en forma de SO2.Los objetivos de la tostacin son dos:Utilizar el calor de la tostacin para secar y calentar la carga antes de ser introducida al horno de fundicin.Aumentar la concentracin de cobre en el producto de fundicin, es decir, en la mata lquida. TOSTADORES TIPO HOGAR O DE LECHO FLUIDIFICADOS (500- 700C)PRODUCTO DE LA TOSTACIN mezcla de- sulfuros, sulfatos y xidosControl:Temperatura del proceso de tostacin Relacin aire concentradocomposicinvariarse

TOSTACION DE COBREPROCESOS DE OBTENCION DE COBREEl proceso de extraccin del cobre ser diferente, as tenemos:Extraccin de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia)Extraccin de cobre a partir de menas de xido (hidrometalurgia)forma de minerales sulfurados como:Calcopirita (CuFeS2)Bornita (Cu5FeS4)Calcosina (Cu2S). El contenido en cobre de estos minerales es bajoMinas a cielo abierto 0.5%Minas subterrneas 2% El cobre se presenta en forma de minerales con oxgeno:- carbonatos, xidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentracin.

HIDROMETALURGIA

PIROMETALURGIATOSTACION DE COBRELa extraccin tiene cuatro etapas:Concentracin por flotacinTostacinFusin de mataAfino: fase trmica: Cu horno especiale (oxida el Cu)la fase electroltica: obtencion del Cu electrolitico (pureza de 99.85%)

EXTRACCIN DE COBRE A PARTIR DE MENAS SULFURADAS90% del cobre proviene de los minerales de sulfuro

2. Tostacin3. Fusin de mata4. AfinoConcentracin por flotacin

TOSTACION DE COBRELa estabilidad del sulfuro de cobre en la alimentacin del tostador es algo mayor que la del sulfuro de hierro que contiene la carga, y la afinidad del oxgeno por el hierro es ms bien mayor que por el cobre.volumen de oxgeno insuficiente para oxidar todos los compuestos que contienen azufre que lleva el material de alimentacin, el oxgeno disponible tender a combinarse en forma preferente con el hierro antes de combinarse con el cobre que vaya en la cargaEn consecuencia, una proporcin considerable (alrededor de la mitad) del hierro se oxida y se separa como componente de la escoria de xidos en la siguiente operacin de fusin, mientras que prcticamente todo el cobre se queda en los calcinados todava como sulfuro, Cu2S:3FeS2 + 8O2 = Fe304 + 6S02PROCESOS DE TOSTACION DE COBRE

TOSTACION DE COBRETOSTACION DE LA CALCOPIRITA

La obtencin del cobre a partir de este mineral, industrialmente se puede llevar a cabo por dos procesos: va seca ( tostacin y fusin) va hmedaEl proceso de tostacin de la calcopirita, consiste en calentarla a una temperatura elevada, pero por debajo de su entalpa o punto de fusin, para provocar la descomposicin trmica o un cambio de estado en su constitucin fsica o qumica. Este proceso suele llevarse en hornos cilndricos (de piso o de lecho fluidizado).

objetivos, eliminar el dixido de azufre y oxidar el cobre y el hierro, como primer paso para la recuperacin del cobreFUSION DE LOS MINERALES DE COBRE

INTRODUCCIONINTRODUCCIONPeso del agua conc. Cu: 60-80% elimidado el agua antes de ser transportado o fundido, la mayor parte es eliminado en tanques de espesamiento por acentamientoEntonces el conc. Esta listo para ser transportado a una planta pirometalurgica

Los solidos que salen de los espesadores: 30-40% en peso de agua

Etapa Filtracion mecanica: 8 o 10% en peso de agua (A acusa de los filtros rotatorios)INTRODUCCION2. FUSION DE LOS CONCENTRADOS SULFURADOS PARA LA OBTENCION DE MATAFUSION DE LAS MENAS OXIDADAS DE COBREHornos de cuba con C y CO para dar Cu negro = 95%

Ganaga se trata con fundentes

Obtencin de Cu: contaminado con azufre, antimonio, arsnico y hierroReacciones:

2Cu2O + C 4Cu +CO2

Cu2O + CO 2Cu +CO2

CuCO3 CuO +CO2

CuO + CO Cu +CO2

MATAS IMPORTANTES: Cu Cu-Ni Pb

PROCESOS DE OBTENCION:

fundicion de los concentrados a mata.Oxidacion de la ta a metal u oxido

FUSIONFUSION:Operacin que se obtiene en un horno adecuado varias fases fundidas:Metal.Escoria.Mata o speiss

LA FUSION ES:

Fusin reductora : la fase metlica puede ser un metal no reactivo.Ultrareductorra: metal reactivo.Neutra: compuesto.Oxidante: otro compuesto con un grado superior de oxidacinOBJETIVOlograr el cambio de estado (solido liquido) para que el Cu se separe de los otros elementos que componen el concentrado.

FUSIONFUSION DEL COBREFundir las cargas cupriferas en adecuados hornos de fusion con el fin de obtener una fase rica en cobreMateria prima:Conc. De Cu y FePequea cant.: Silice, oxido de hierro , magnesia, calcio, aluminaMe. Presiosos y impuresas: plomo ,zinc, arsenico, antimonioo y bismutoPROCESO FUSION DEL COBRE:Se basa:Afinidad del Cu por el SDebil afinidad por el oxigeno en comparacion con el Fe

Los conc. Secos junto ocn los fundentes y el aire son inyectados hacia una camara de combustion se mantiene la T fusion por la combustion de S y la oxidacion instanatanea del FePRODUCTO principal: mata de Cu.Fe.S con una ley de 30 -70% de Cu

FUSION

Producto principal de fundicion de mata Cu-S-Fe : 30 70% CuOtros productos:Escoria MataSO2 PRIMARIASSECUNDARIASSecadoDescomposiciones piriticasFusiones y disolucionesREACCIONES EN LA FUSIONPerdida de cobreReduccion de la magnetitaOxidaciones otrosFUSION1. Hornos de cubaTIPOS DE HORNO DE FUSION5. Hornos de fusion-conversion2. Hornos de reverbero3. Hornos electricos4. Hornos de fusion flash

FUSIONPROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBREFUSIONPROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBREse carga: mena , combustible y fundenteSu diseo:combustible se quema en un pequeo espacio frente y encima de las toberasProceso de fusion : reaccion entre la corriente acendente de gas y los solidos de la cargaDiametro determinado por la penetracion de viento y la formacion de los polvos voladoresCapasidad: 60 - 100 ton/m2/hTemperatura max: 1200C encima de las toberasTIPOS DE FUSION EN UN HORNO DE CUBA

Segn los procesos de :ReductorPiriticoSemipiritico

FUSION DE MATA DE COBRE EN LOS HORNOS DE CUBAPRODUCTOS DE LA FUSION: mata y escoriaLa fusion es una operacin de enriquesimiento piroletalurguico donde la ganga y una parte del hierro es escorificado

FUSION2.- FUSION DE LA MATA DE COBRE EN HORNO DE REVERBEROEs un horno de hogar

Carga solida : conc., calcinados y fundentes junto con escoria fundida polvos recirculados (prov. Convertidor).

T carga : 1200 1250C

El horno se calienta: flama de hulla pulverizada , aceite combustible o gas natural. Producir gases calientes que se difundenEl combustible y el aire son inyectados a taves de quemadores situados en los extremos de los hornos.la carga de conc. es calentado y fundido por la relfexion o reverberacion del calor generado en la camara de combustionPROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBREPRODUCTOS :Escoria fundidaMata fundidaGases

FUSION3.- FUSION DE LA MATA DE COBRE EN HORNOS ELECTRICOS DE ARCOEl calor necesario para la fundicion se genera por la resistencia de la escoria al paso de una corriente de alto amperaje entre los densos electrodos de carbon sumergidos en la escoria.

Uso eficiente de la energia electrica

ENERGIA REQUERIA: 400 800KWH/TON DE CONC.

VENTAJAS:Buen aprovechamiento del calorBaja temperatura de los gases (menor a 700c)Buena aislacion termicaPROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBREMATA :Cu2SFeSFe3O4

FUSION3.- FUSION DE LA MATA DE COBRE EN HORNOS DE SUSPENSION (FLASH SMELTING)Uso del propio concentrado como combustible empleando un diseo espcial de quemadores

La fusion instanea utiliza gran parte de esta energia de combustion de los sulfuros:

A. Oxidando parte de la carga de los sulfurosB. Utilizando el calor para la fusion de la mata y la escoria

PROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBRE

HORNOS DE FUNDICION INSTANTANEA

- Utiliza gran parte de la energia de combustion de los sulfuros :Oxidando parte de la carga de sulfuroUtilizando el calor asi liberado para la fusion de la mata y escoria

TIPOS : Proceso Outokumpu: usa aire precalentado como oxidanteCapacidad 500ton%humedad 0.1. 0.2%Se alimenta con aire precalentado a 500C

b) Proceso INCO: usa oxigeno

En ambos procesos los conc. Finos y secos se inyectan al interior del horno tipo hogar (quema con aire y O2)

Horno De Fusion Instantaneo INCO

Los concentrados sulfurados de cobre son bsicamente combinaciones, en proporciones variables, de sulfuros de hierro y cobre mezclados congangasilcea cido o bsica. Las reacciones que tienen lugar en el Horno de Fusin (HF) transcurren entre estos constituyentes del concentrado y los fundentes, y corresponden principalmente a la reduccin de los xidos de cobre por el sulfuro cuproso y a la sulfuracin de los xidos de cobre por el sulfuro ferroso. DESCOMPOCICON DEL SULFURO DE COBRE EN LOS HORNOS DE FUNDICIONFUSIONFUSION

CONVERSIONCONVERSION

CONVERSIONSOLUCIONES PRESENTESFase gaseosa

La mata

El metal blanco

El cobre blister

La escoria

Las soluciones solidadCONVERSIONPRODUCTO FINAL Cobre blister : 0.02 y 0.1 % de SCONFORMACION DEL COBRE BLISTER: - la mayor parte de Ni y los metales preciososCOMPLETAMENTE OXIDADOS: - Fe Y Zn en la escoria- Sb, As, Bi, Cd Y Pb se vaporizanESCORIA DEL CONVERTIDOR: -2 120 % CuTOSTACION DE ZINC El descubrimiento de la flotacin puso en disposicin de tratamiento cantidades importantes de blenda y hoy se puede decir que casi la totalidad de la produccin mundial de zinc se obtiene a partir de sulfuros concentrados por flotacin.TOSTACION DE ZINCObtencin: xido por tostacin del sulfuro reduccin por va trmica : horno de cuba ser sinterizado facilitndose as las reacciones en el horno.TOSTACION DE ZINCEL PROCESO DE TOSTACIN

la blenda tiene que oxidarse y convertirse, progresivamente, en xido a medida que el oxgeno penetra en las partculas slidas y se evacua hacia su superficie el SO2.reaccin bsica La tostacin : > 700C, en aire y con continua agitacin.

El exceso de aire hay que controlarlo con el fin de que no baje del 4,5% el contenido de SO2 en los gases del horno; esto para el control del proceso y para los requerimientos de la planta de cido sulfrico conversin total del sulfuro en xido a la mayor temperatura de 900CTOSTACION DE ZINCel sulfato de zinc no debera estar en el horno (como se muestra en los diagrama de Kellog de la figura).

Se puede demostrar fcilmente que si bien a 725C no existe sulfato en ausencia de SO2, en la atmsfera del horno, con un 6-12% de SO2 se forma un sulfato bsico, el ZnSO4ZnO, que es estable hasta 850C.EL PROCESO DE TOSTACIN

Se puede producir una sulfatacin del polvo que sale del horno a medida que se enfran los gases. La produccin de SO3 se incrementa con la concentracin de O2 en el gas por lo que el exceso de aire debe ser controlado (10-15%). As el SO3 es inferior al 1% del azufre total tostado y el peligro de sulfatacin disminuye.