El documento resume el proceso de tostación de concentrados sulfurosos, discutiendo las diferencias entre calcinación y tostación, cómo eliminar el arsénico, definir conceptos como mata y sinterización, y cómo se han ido solucionando problemas de emisiones. También analiza la tostación de esfalerita y galena, incluyendo reacciones, diagramas y consideraciones sobre la temperatura y productos formados.

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.  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. 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.