Este documento trata sobre los procesos de secado, calcinación y tostación en pirometalurgia. Explica que el secado elimina el agua de los concentrados mediante evaporación. La calcinación descompone térmicamente materiales como hidróxidos e carbonatos. La tostación oxida parcialmente los sulfuros del concentrado eliminando azufre como dióxido de azufre. Incluye diagramas de Kellogg que muestran las reacciones de equilibrio en sistemas metal-oxígeno-azufre y sus líne

1. PIROMETALURGIA
SECADO, CALCINACIÓN,
TOSTACIÓN.
MÓDULO 3
Ruth Pino Álvarez

2. Evaluar los aspectos
termodinámicos de los
procesos de secado,
calcinación y tostación.
Elaborar e interpretar
los diagramas de
Kellog.
Bienvenido nuevamente…
Nuestros objetivos de esta sesión son:

3. SECADO
Operación unitaria consistente en evaporar el agua u otro
líquido contenido en el concentrado.
La humedad del concentrado evita combustiones espontáneas
del concentrado. Esta humedad oscila entre 8 y 10%.
El agua contenida en el concentrado a fundirse genera
explosiones que ponen en peligro la operación, además de hacer
más ineficiente el proceso de fusión desde el punto de vista
energético.
Un secado total de un concentrado puede tener contenidos de
agua tan bajos como 0.1 – 0.3% en peso de H2O, esto último se
denomina “secado a muerte”.

4.  Para los procesos de Fusión-
Conversión el grado de humedad del
concentrado es un parámetro muy
importante.
 Es el caso de la alimentación a los
procesos de fusión Flash
(Outokumpo, INCO) y Bath (El
Teniente, Noranda), en los cuales el
concentrado es transportado
suspendido en aire o aire
enriquecido con oxígeno.
 Para estos procesos los grados de humedad hoy
utilizados son del orden de 0,2% (antiguamente los
Hornos de Reverbero usaban del orden de 8%; horno
cubilote: 15%)

5. Vvap
T
Hvap
dT
dp
v 










Diagrama P-T para el del agua
pura: dependencia de la presión y
la temperatura.
Ec. Clausius – Clapeyron

6. CLASIFICACIÓN DE SECADORES
Según
las
características
de
manejo
y
las
propiedades
líquidas
o
suspensiones:
• Secadores discontinuos
o por lote.
• Secadores continuos.
• Secadores para sólidos
granulares o rígidos y
pastas semisólidas.
• Secadores que pueden
aceptar alimentaciones
líquidas o suspensiones.
Según
el
método
de
transmisión
de
calor
a
los
sólidos
húmedos:
• Secadores
directos.
• Secadores
indirectos.
• Secadores
diversos.
Según
las
formas
de
secado:
• Transportador.
• Tambor.
• Flash.
• Lecho Fluido.
• Rotatorio.
• Spray.
• Bandeja.
• Aspiración.

7. Esquemas de reactores
mas usados: rotatorio y
de lecho fluidizado.

8. Secador rotatorio de calor directo
o adiabático: Transferencia de
calor por convección.

9. Secador rotatorio de calor indirecto
o no adiabático: Transferencia de
calor por conducción o de contacto.

10. Secador de tornillo sin fin de
calentamiento indirecto.

11. Secador de
lecho
fluidizado.

12. TOSTACIÓN
• La tostación de concentrados, consiste en la
oxidación parcial de los sulfuros del concentrado
y en la eliminación parcial del azufre como SO2.
• El proceso ocurre según reacciones sólido
gaseosas, a temperaturas del orden de 500°C a
800 °C.
• La temperatura se elige dependiendo de los
productos que se deseen obtener.

13. El producto sólido final de la tostación es comúnmente
llamado CALCINA.
Cuando las condiciones de tostación son tales que aseguran
una calcina completamente oxidada, se habla de
TOSTACIÓN A MUERTE (ejemplo: molibdeno).
Cuando las condiciones aseguran una mezcla final de
sulfuros y óxidos, se habla de TOSTACION PARCIAL.
Finalmente, si la temperatura y las presiones del gas son
tales que el producto final son sulfatos metálicos y no
óxidos, se habla de TOSTACIÓN SULFATANTE.

14. calcina
calcina
concentrado
secado
tostación

15. Tostador de Pisos:
detalle del eje central
rotatorio con sistemas
de palas solidarias para
el movimiento del
concentrado desde y
hacia el eje central

16. LA PRESIÓN DEL AIRE DEBE
SER CAPAZ DE SUSTENTAR
LAS PARTÍCULAS MÁS
GRUESAS
LAS PARTÍCULAS MÁS FINAS
SON LEVANTADAS HACIA LA
PARTE SUPERIOR
UN CICLÓN HACE LA LIMPIEZA
DE LOS GASES
LAS PARTÍCULAS MÁS
GRUESAS SALEN POR EL
SECTOR INFERIOR
TOSTADOR FLUJO
SÓLIDO (lecho fluidizado)
RECEPCION
PRODUCTO
TOSTADO

17. CALCINACIÓN
La calcinación es técnicamente la descomposición térmica
de algún material. Típicos ejemplos de calcinación son:
 Descomposición de hidróxido de hierro en óxido de hierro
y vapor de agua,
 Descomposición de carbonato de calcio en óxido de
calcio y dióxido de carbono (anhídrido carbónico),
 Descomposición de carbonato de hierro en óxido de
hierro.
La calcinación se realiza en hornos rotatorios y de lecho
fluidizado.

18. ANÁLISIS TERMODINÁMICO
El comportamiento físico-químico de los sistemas
metal – oxígeno – azufre, es de mucha importancia
para la comprensión de los procesos de:
• tostación,
• fusión reductora y
• matificación.

19. TERMODINÁMICA DE LA TOSTACIÓN
Las condiciones necesarias para la formación de
distintos productos de tostación puede ilustrarse
mediante la relación de equilibrio que existen en
un sistema que contiene los componentes:
metal – oxígeno – azufre
Según la regla de fases de Gibbs, se tienen como
máximo para 3 componentes:
• 5 fases (4 fases condensadas y 1 fase gaseosa)

20. DIAGRAMAS DE ESTABILIDAD
Son ampliamente empelados para:
• Predecir reacciones posibles en sistemas
metalúrgicos.
• Conocer los factores que rigen las reacciones.
Tipos de diagramas de estabilidad:
• Temperatura vs %Peso.
• Log PSO2 vs Log PO2.
• CO/CO2 vs Temperatura.
• Log Pi vs 1/Temperatura.

21. Diagramas de Kellog
1. Identificar las reacciones del proceso.
2. Obtener las constantes de equilibrio (K) con la
siguiente ecuación:
GT° = -RTLN(K)
3. Reemplazar K en la siguiente ecuación:
4. Aplicar logaritmos a ambos lados de la igualdad y
despejar LogPSO2:

22. LogPSO2 = 1/2LogK + 3/2LogPO2
LogPSO2 = -1/2LogK - 1/2LogPO2
5. Graficar LogPSO2 vs LogPO2:
Finalmente, obtenemos
líneas de estabilidad
termodinámica según la
reacción química
seleccionada.

23. Diagramas de
Kellog para el
sistema Cu-S-O a
900, 1100, 1300 °K.
Región achurada
representa
condiciones
industriales.
Notar efecto de los
cambios de
temperaturas.

24. Diagramas de
Kellog para el
sistema Fe-S-O a
750, 900, 1300 °K.
Región achurada
representa
condiciones
industriales.
Notar efecto de
los cambios de
temperaturas.

25. BIBLIOGRAFÍA:
• Fisicoquímica: Gastón Pons Musso.
• Fundamentos de los procesos metalúrgicos: Lucien
Cordurier.
• Fundamentos de metalurgia extractiva. Rosenqvist Terkel.

26. PRÓXIMA SESIÓN:
Fusión de minerales, preparación de
lechos de fusión.
• Tipos de procesos de fusión.
• Escorias metalúrgicas.
• Preparación de lechos de fusión.