TAREA 2: PROCESO DE TOSTACIÓN (14/09/2015)
PROCESOS EXTRACTIVOS I
ALUMNO: OJEDA PRADO MARCO ANTONIO
1. ¿Cuáles son las dif...
3. Definir y poner un ejemplo de: mata, sinterización, ferritas
La mata es una mezcla de sulfuros metálicos en estado líqu...
5. Proceso de Tostación:
a) Durante la tostación de la esfalerita (ZnS). Establezca las
reacciones de equilibrio a 1000°C
...
Las reacciones de equilibrio son las siguientes:
Zn/ZnS:
𝒁𝒏 + 𝑺𝑶 𝟐(𝒈) = 𝒁𝒏𝑺 + 𝑶 𝟐(𝒈)
ZnO/ZnS:
𝒁𝒏𝑶 + 𝑺𝑶 𝟐( 𝒈) = 𝒁𝒏𝑺 + 𝟏. 𝟓𝑶...
En este diagrama se puede observar que el sulfato de zinc se forma a bajas
temperaturas y la óptima temperatura de proceso...
6. Haga el análisis del Proceso de Tostación de la Galena (PbS). Justifique
este análisis con reacciones, cuadros, gráfica...
Análisis en el THERMO CALC:
T Delta-Cp Delta-H Delta-S Delta-G
(K) (Joule/K) (Joule) (Joule/K) (Joule)
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 Como se observa el proceso es exotérmico y espontaneo en todo el
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ANALISIS TERMODINAMICO DE UNA TOSTACION

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Tarea 2 procesos de tostacion final

  1. 1. TAREA 2: PROCESO DE TOSTACIÓN (14/09/2015) PROCESOS EXTRACTIVOS I ALUMNO: OJEDA PRADO MARCO ANTONIO 1. ¿Cuáles son las diferencias básicas entre los procesos de calcinación y tostación? Explique. 2. ¿Cómo solucionaría el problema de los concentrados sulfurosos con presencia de arsénico?  La eliminación del As puede ser fácilmente alcanzada si la oxidación del sulfuro es conducida con una adecuada cantidad de aire. Bajo tales condiciones se forma el As2O3 que sublima a 218°C y puede ser separado en la salida de gases. 𝐴𝑠2 𝑆3 + 9/2 𝑂2(𝑔)  𝐴𝑠2 𝑂3 + 3𝑆𝑂2(𝑔)  Sin embargo en presencia de exceso de aire se forma el As2O5 que no es volátil y funde a 315°C 𝐴𝑠2 𝑆3 + 11/2 𝑂2(𝑔)  𝐴𝑠2 𝑂5 + 3𝑆𝑂2(𝑔)  A veces este oxido se combina con algo de óxido férrico y forma el arseniato férrico que contamina el metal oxidado. 𝐹𝑒2 𝑂3 + 𝐴𝑠2 𝑂5  2𝐹𝑒𝐴𝑠  El As+3 es el más contaminante que el As+5 CALCINACION TOSTACION  Se realiza en ausencia de aire.  Proceso endotérmico.  Su finalidad es lograr la descomposición del mineral.  Se realiza en presencia de aire.  Proceso exotérmico.  Su finalidad es convertir el mineral en óxidos, sulfatos, metal, eliminar impurezas volátiles, etc.
  2. 2. 3. Definir y poner un ejemplo de: mata, sinterización, ferritas La mata es una mezcla de sulfuros metálicos en estado líquido que se obtiene en el horno y se separa de la escoria por su mayor densidad, Ejemplo: mata de cobre (45-48%). La sinterizacion es una fusión superficial con el fin de aglomerar las partículas. Ejemplo: sinterizacion del PbS. Las ferritas son compuestos sintéticos de forma MexFe3-XO4 que se producen a una temperatura elevada y son perjudiciales para el proceso por ser productos insolubles. Ejemplo: Ferrita de zinc que se forma aproximadamente a temperatura mayores que 950°C ZnFe2O4. 4. Explique cómo se ha ido solucionando el problema de emisiones gaseosas en los procesos de tostación. El principal problema del proceso de tostación es la emisión del dióxido de azufre, SO2 (g), principal causante de la lluvia acida que antiguamente se desprendía libremente al medio ambiente por la baja calidad del SO2 (g) (<4% por ello no se podía producir H2SO4 debido al gran costo que esto significaba) debido a la baja eficiencia de los hornos industriales y por la gran pasividad de las leyes medioambientales de ese entonces, como era el caso del Complejo Metalúrgico de la Oroya y La Refinería de Ilo. Con la creación del PAMA (Programa de Adecuación Medioambiental) las empresas tuvieron que tomar acciones para reducir estas emisiones una de las acciones principales fue trabajar con aire enriquecido de oxígeno, incluso más adelante con oxígeno puro, que mejora la calidad de SO2 y por tanto se puede fabricar H2SO4 a un costo adecuado, luego se mejoró los reactores se aumentó la cinética de reacción disminuyendo el tamaño de la partícula.
  3. 3. 5. Proceso de Tostación: a) Durante la tostación de la esfalerita (ZnS). Establezca las reacciones de equilibrio a 1000°C b) Indique los posibles productos del sistema Zn-S-O así como su variación con la temperatura. c) ¿Qué consideraciones se deben tener presentes durante el proceso de tostación de los concentrados de esfalerita? a) Analizando el diagrama de predominancia del sistema Zn-S-O a 1000°C en el HSC. Sabiendo que la temperatura de fusión de la esfalerita es 1973°K. 1050-5-10-15-20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 Zn-S -O Phase StabilityDiagram at 1000.000 C File: C:HSC6LppZnSO1000.ips log pO2(g) log pSO2(g) Zn ZnO ZnS ZnSO4
  4. 4. Las reacciones de equilibrio son las siguientes: Zn/ZnS: 𝒁𝒏 + 𝑺𝑶 𝟐(𝒈) = 𝒁𝒏𝑺 + 𝑶 𝟐(𝒈) ZnO/ZnS: 𝒁𝒏𝑶 + 𝑺𝑶 𝟐( 𝒈) = 𝒁𝒏𝑺 + 𝟏. 𝟓𝑶 𝟐(𝒈) Zn ZnO: 𝟐𝒁𝒏 + 𝑶 𝟐( 𝒈) = 𝟐𝒁𝒏𝑶 ZnO ZnSO4: 𝟐𝒁𝒏𝑶 + 𝑶 𝟐(𝒈)+ 𝟐𝑺𝑶 𝟐(𝒈) = 𝟐𝒁𝒏𝑺𝑶 𝟒 ZnS ZnSO4: 𝒁𝒏𝑺 + 𝟐𝑶 𝟐( 𝒈) = 𝒁𝒏𝑺𝑶 𝟒 b) Los posibles productos son los siguientes: ZnSO4, ZnO, ZnS, SO2 y ZnO.2ZnSO4. En el siguiente grafico de Equilibrium Compositions se ve la formación de productos en relación con la variación con la temperatura: 𝑍𝑛𝑆 + 1.5𝑂2(𝑔) = 𝑍𝑛𝑂 + 𝑆𝑂2(𝑔)
  5. 5. En este diagrama se puede observar que el sulfato de zinc se forma a bajas temperaturas y la óptima temperatura de proceso seria en el rango de 900- 950°C lo cual se comprueba con el diagrama de Kellogg donde se ve la predominancia del ZnO a esa temperatura. c) Las consideraciones que se deben tener al tostar concentrados de zinc es saber la naturaleza del mineral y sus acompañantes ejemplo pirita o galena para hacer un estudio completo además también se debe tener en cuenta que no se debe elevar demasiado la temperatura porque se formaría la ferrita de zinc que depende de la cantidad de pirita y que baja la eficiencia del proceso al consumir oxígeno. 0 500 1000 1500 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 File: C:HSC6GibbsGibbsIn.OGI C mol-% Temperature SO2(g) ZnO ZnSO4 ZnS ZnO*2ZnSO4
  6. 6. 6. Haga el análisis del Proceso de Tostación de la Galena (PbS). Justifique este análisis con reacciones, cuadros, gráficas, etc. (Puede considerar 1200°C como la temperatura de proceso). Las consideraciones que se deben tomar para la tostación de la galena es que luego de la trituración para mejorar la cinética de tostación por ser friables se tiene que hacer un proceso de sinterizacion antes de la tostación, además saber que tiene temperatura de fusión y volatilización baja además que durante el proceso se puede formar directamente plomo metálico por la reacción del sulfuro con oxido, sulfato con sulfuro y oxido con sulfuro. 𝑃𝑏𝑆 + 1.5 𝑂2(𝑔) = 𝑃𝑏𝑂 + 𝑆𝑂2(𝑔) Análisis en el HSC: T deltaH deltaS deltaG K Log(K) C kJ J/K kJ 0.000 -416.374 -81.304 -394.166 2.415E+075 75.383 100.000 -417.075 -83.512 -385.912 1.061E+054 54.026 200.000 -417.473 -84.471 -377.505 4.777E+041 41.679 300.000 -417.583 -84.691 -369.042 4.324E+033 33.636 400.000 -417.429 -84.448 -360.583 9.607E+027 27.983 500.000 -417.095 -83.988 -352.160 6.225E+023 23.794 600.000 -416.635 -83.430 -343.788 3.700E+020 20.568 700.000 -416.088 -82.837 -335.475 1.020E+018 18.008 800.000 -415.483 -82.246 -327.221 8.482E+015 15.929 900.000 -389.255 -59.599 -319.336 1.658E+014 14.220 1000.000 -388.189 -58.727 -313.421 7.246E+012 12.860 1100.000 -387.277 -58.036 -307.585 5.029E+011 11.701 1200.000 -436.456 -93.508 -298.705 3.911E+010 10.592 1300.000 -436.325 -93.422 -289.358 4.061E+009 9.609 1400.000 -436.193 -93.340 -280.020 5.531E+008 8.743 1500.000 -436.062 -93.264 -270.690 9.437E+007 7.975 1600.000 -435.933 -93.193 -261.367 1.946E+007 7.289 1700.000 -435.807 -93.128 -252.051 4.710E+006 6.673 1800.000 -435.686 -93.068 -242.742 1.308E+006 6.117 1900.000 -435.570 -93.014 -233.438 4.087E+005 5.611 2000.000 -435.461 -92.964 -224.139 1.415E+005 5.151
  7. 7. Análisis en el THERMO CALC: T Delta-Cp Delta-H Delta-S Delta-G (K) (Joule/K) (Joule) (Joule/K) (Joule) 298.15 -7.27775E+00 -4.15978E+05 -8.28138E+01 -3.91287E+05 300.00 -7.23989E+00 -4.15992E+05 -8.28587E+01 -3.91134E+05 400.00 -4.59850E+00 -4.16591E+05 -8.46001E+01 -3.82751E+05 500.00 -1.63632E+00 -4.16902E+05 -8.53070E+01 -3.74248E+05 600.00 1.11506E+00 -4.16925E+05 -8.53571E+01 -3.65711E+05 645. ---- O1PB1 becomes YELLOW ,delta-H = 338.42 700.00 2.15455E+00 -4.16418E+05 -8.45720E+01 -3.57217E+05 800.00 3.47140E+00 -4.16132E+05 -8.41925E+01 -3.48778E+05 900.00 4.53234E+00 -4.15729E+05 -8.37187E+01 -3.40382E+05 1000.00 5.29092E+00 -4.15235E+05 -8.31988E+01 -3.32036E+05 1100.00 5.71192E+00 -4.14682E+05 -8.26722E+01 -3.23742E+05 1164. ---- O1PB1 becomes O1PB1_L ,delta-H = 25893.94 1200.00 1.01299E+01 -3.88045E+05 -5.97581E+01 -3.16335E+05 1300.00 8.57582E+00 -3.87107E+05 -5.90067E+01 -3.10399E+05 1386. ---- PB1S1 becomes PB1S1_L ,delta-H = 49400.00 1400.00 2.64723E-01 -4.35828E+05 -9.41300E+01 -3.04046E+05 1500.00 1.78556E-01 -4.35806E+05 -9.41145E+01 -2.94634E+05 1600.00 7.15590E-02 -4.35793E+05 -9.41063E+01 -2.85223E+05 1700.00 -5.23647E-02 -4.35792E+05 -9.41056E+01 -2.75813E+05 1800.00 -1.90363E-01 -4.35804E+05 -9.41125E+01 -2.66402E+05 1900.00 -3.40315E-01 -4.35831E+05 -9.41267E+01 -2.56990E+05 2000.00 -5.00615E-01 -4.35873E+05 -9.41482E+01 -2.47576E+05 2100.00 -6.70032E-01 -4.35931E+05 -9.41767E+01 -2.38160E+05 2200.00 -8.47607E-01 -4.36007E+05 -9.42120E+01 -2.28741E+05 2300.00 -1.03259E+00 -4.36101E+05 -9.42537E+01 -2.19318E+05 2400.00 -1.22437E+00 -4.36214E+05 -9.43017E+01 -2.09890E+05 2500.00 -1.42247E+00 -4.36346E+05 -9.43556E+01 -2.00457E+05 2600.00 -1.62655E+00 -4.36499E+05 -9.44154E+01 -1.91019E+05 2700.00 -1.82048E+00 -4.36671E+05 -9.44804E+01 -1.81574E+05 2800.00 -2.01501E+00 -4.36863E+05 -9.45501E+01 -1.72122E+05 2900.00 -2.20964E+00 -4.37074E+05 -9.46242E+01 -1.62664E+05
  8. 8.  Como se observa el proceso es exotérmico y espontaneo en todo el rango de temperatura (0-2000°C).  Analizando el diagrama de predominancia Kellogg a 1200°C para saber que compuestos predominan:  Con la ayuda de este diagrama nos vamos al Equilibrium Compositions: 151050-5-10 25 20 15 10 5 0 -5 -10 Pb-O -S Phase StabilityDiagram at 1200.000 C File: C:HSC6LppPbOS1200.ips log pO2(g) log pSO2(g) Pb PbO PbO2Pb2O3 PbO*PbSO4 *2PbO*PbSO4 PbS PbSO4 PbS2O3 PbS3O6
  9. 9. 0 500 1000 1500 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 File: C:HSC6GibbsGibbsIn.OGI C mol-% Temperature SO2(g)PbSO4 PbS PbS(l)Pb PbO PbO*PbSO4 *2PbO*PbSO4 *3PbO*PbSO4 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 File: C:HSC6GibbsGibbsIn.OGI C mol-% Temperature SO2(g)PbSO4 PbS PbS(l)PbPb(l) PbO*PbSO4 PbOPbO(l) *2PbO*PbSO4 *3PbO*PbSO4 Con este diagrama se observa que a una temperatura de proceso de 1200°C todos los sulfatos se han trasformado a PbO, Pb(s), Pb (l), PbO(l) y SO2 la cual es una temperatura adecuada.

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