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Piro Escorias 2

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Escorias

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  • ESCORIASInco

  • 19/01/2012 16:55 219/01/2012 16:55 2

    Los xidos de las escorias se clasifican en cidos y bsicos

    La relativa acidez/basicidad de

    un xido se determina diferencia

    de electronegatividades entre el

    metal y el O2.

    Gran diferencia significativatransferencia de carga negativa

    desde el metal al oxgeno enlace inico xido bsico(CaO).

    Pequea diferencia enlacecovalente xido cido (SiO2)

    La teora inica xido cido es capaz de acepta O=, xido bsico

    proporciona O=.

    xido cido:

    (SiO2)n Sin-1O2n4- + Si4+

    xido bsico:

    MgO Mg2+ + O=

  • 19/01/2012 16:55 319/01/2012 16:55 3

    Las escorias (mezcla de xidos) tienen funciones de gran importancia en los

    procesos de fusin, conversin y refino a fuego:

    1. Papel purificador retirar los componentes de la ganga de la materia prima

    El papel jugado por las escorias depende de su composicin qumica que determina

    propiedades fundamentales: basicidad/acidez, viscosidad, densidad, fusibilidad,

    poder corrosivo, y aun ms selectividad.

    2. Facilita la separacin de la fase metlica de valor dentro del horno.

    El poder escorificante de un xido metlico radica en la posibilidad de que pueda

    manifestar afinidades qumicas y eutcticas.

    SiO2 es un buen escorificante del CaO y FeO, ya que estos xidos dan lugar a

    eutcticos de bajo punto de fusin.

    Escorificante capacidad de reaccionar qumicamente con alguno de los xidos de la mezcla formacin de compuestos qumicos.

    Fundente capacidad para aportar lquido al medio debido a su bajo punto de fusin tendr baja capacidad de reaccin con los restantes componentes del sistema fundido.

  • 19/01/2012 16:55 4

    La disolucin mutua de xidos bsicos y cidos, para que se forme una escoria,

    despolimerizacin de los xidos cidos rompimiento de su red estructural

    {SiO2}

    Aumento de Temp no produce

    la despolimerizacin completa

    de la slice alta viscosidad

    Combinacin de SiO2 y FeO

    produce la despolimerizacin

    de la slice formacin de lafayalita.

    Compuesto de menor visco-

    sidad que la slice en estado

    lquido.

  • 19/01/2012 16:55 5

    La extensin de la despolimerizacin depender de la diferencia de la acidez (o

    basicidad) de los xidos. Una amplia diferencia un gran grado de despolime-rizacin disminucin de la energa libre en el proceso de ambas soluciones(disminucin mutua de la actividad de los xidos involucrados).

    Escorias cidasSon aquellas constituidas principalmente por xidos consumidores de O=. En la

    piromertalurgia del cobre estn representadas por las de un alto contenido de

    slice. La slice se puede representar por infinitas redes tetradricas

    tridimensionales de SiO44- unidas por sus vrtices.

    Si4+ (en el interior)

    O-

    [Si2O7]6-

    [SiO4]4-

    [Si6O18]12-

    O0

  • 19/01/2012 16:55 6

    Las escorias pirometalrgicas no ferrosas estn representadas por FeOx-SiO2.

    Tradicionalmente para su estudio se emplea el diagrama ternario FeO-Fe2O3-

    SiO2.

  • 19/01/2012 16:55 7

    La separacin entre la fase oxidada y la sulfurada slo se verifica cuando la ley del

    mata es a lo menos de un 5% en cobre, leyes de Cu inferiores una fasehomognea oxisulfatada que impide la separacin.

    En las escorias pirometalrgicas se observan las siguientes asociaciones:

    Hierro con oxgeno formacin de xidos desde FeO hasta Fe3O4Hierro con azufre dando forma al FeS.

    Cobre con azufre originando matas y metal blanco

    Cobre con oxgeno para formar Cu2O

    Cobre metlico.

    Slice con FeO formacin de fayalita, 2FeO*SiO2Slice con CaO, Al2O3, MgO para formar la ganga del tipo feldesptica.

  • 19/01/2012 16:55 8

    Escorias bsicasEscorias constituidas por xidos capaces de ceder O=. El sistema que las

    representa es el MO-FeOx, donde M puede ser calcio, bario, sodio, potasio y

    litio entre otros.

    Las escorias bsicas tienen variaciones con respecto a las escorias cidas, en

    lo que se refiere a capacidad de remocin de impurezas y caractersticas de

    fluidez. Desde una perspectiva industrial la de mayor inters para la metalurgia

    no ferrosa corresponde a la del sistema CaO-FeO-Fe2O3.

  • 19/01/2012 16:55 9

    CaO-FeO-Fe2O3 unaamplia zona lquida en

    prcticamente todo el

    rango de Fe2+ y Fe3 gran capacidad para la

    disolucin de Fe3O4.

    Siendo esta la principal

    diferencia con la escoria

    tradicional en base a SiO2.

    SiO2-FeO-Fe2O3.

    Operar en condiciones de

    mayor oxidacin con

    menos problemas aso-

    ciados a magnetita slida

    Para separacin mata y escoria la ley de mata > a un 40%.

  • 19/01/2012 16:55 10

    FeOX-SiO2 slagFeOX-CaO slag

  • 19/01/2012 16:55 11

    Solubility of Copper in Silica-saturated FeOx-SiO2 Base Slag Equilibrated with Cu2S-FeS Matte at 1300

  • 19/01/2012 16:55 12

    Solubility of Copper in FeOx-CaO Slag Equilibrated with Cu2S-FeS Matte at 1250

  • 19/01/2012 16:55 13

    MICROSCOPA

    DE ESCORIAS

    Horno de Reverbero

    Horno Flash Outokumpu

    1

    2

    3-II 3-I

    4

    5

    1

    2

    3-I

    4

    4

    3-II

    LEYENDA DE FOTOS

    1: 2FeO-SiO22: Ganga silcea

    3-I: Fe3O4 primaria

    3-II: Fe3O4 secundaria

    4: Eje

    5: Cu metlico

    1 1

    1

    2

    3-I

    3-I

    4

    4

  • 19/01/2012 16:55 14

    Convertidor Teniente

    Convertidor PS

    LEYENDA DE FOTOS

    1: 2FeO-SiO22: Ganga silcea

    3-I: Fe3O4 primaria

    3-II: Fe3O4 secundaria

    4: Eje

    5: Cu metlico

    1

    3-I

    2

    4

    5

    3-I

    4

    4

    1

    2

    5

  • 19/01/2012 16:55 15

    Convertidor Teniente

    3-I

    3-II

    Metal

    Blanco

    Eje en transformacin

    A metal blanco

    3-I

  • 19/01/2012 16:55 16

    Anlisis por microsonda electrnica escoria CT

    DRX-Fe

    DRX-S DRX-Cu

  • 19/01/2012 16:55 17

    Prdidas de Cobre en EscoriaEs ampliamente aceptado que las prdidas de cobre en escorias se deben a

    i) disolucin qumica, la cual obedece a aspectos fsico-qumicos propios

    de cada proceso

    ii) atrapamiento mecnico o prdidas del tipo fsicas, las cuales obedecen

    a aspectos de operacin y diseo de reactores.

    Prdidas de cobre por disolucin qumica

    La disolucin qumica de cobre se divide en forma oxdica (cobre asociado a

    oxgeno: Cu2O CuO0.5) y sulfdica (Cu2S CuS0.5).

    Cobre oxdico:

    Cu + 1/4O2 = CuO0.5 G/J = -73108.2 + 30.14T

    4/1

    2

    5.0

    OCu

    CuO

    pa

    aK 4/1

    5.0 2OCuOpa

  • 19/01/2012 16:55 18

    Se han planteado varias expresiones que representan la prdida oxdica

    de cobre, siendo la del Prof. Nagamori (1974) la de mayor aceptacin.

    5.0)(% CuOOx aACu A = constante de proporcionalidad

    que depende de la composicin y

    temperatura de la escoria.

    A = 35 para Fe/SiO2 ~ 2 entre 1200 y 1300 C.

    A = 35.9 para condiciones de saturacin en slice

    (%Cu)O es cobre asociado a oxgeno

    Las prdidas de cobre oxdico son directamente proporcionales a la presin

    parcial de oxgeno en el sistema:

    4/1

    2)(% OOx pCu

  • 19/01/2012 16:55 19

    Cobre sulfdico:

    Cu + 1/4S2 = CuS0.5 G/J = -73484.4 + 20.95T

    4/1

    2

    5.0

    SCu

    CuS

    pa

    aK

    Se han planteado diversos modelos para representar la prdida sulfdica de cobre,

    siendo el propuesto por Floyd & Mackey (1981) el de mayor aceptacin.

    (%Cu)Su = B * (% S) * (% Cu)(%Cu)S es cobre asociado a azufre.

    B es una constante de proporcionalidad

    con un valor emprico de 4.95x10-3.

    (% S) representa el contenido de azufre en la escoria.

    (% Cu) el contenido de cobre en el eje o mata.

  • 19/01/2012 16:55 20

    Prdidas de cobre por disolucin qumica

    Bajo nivel de oxidacin predo-

    mina la prdida sulfdica.

    En torno a una ley de mata

    de 50% (%Cu)O = (%Cu)S

    Para matas de %Cu > 60

    predomina la prdida oxdica

    La mxima prdida de cobre

    (CuO + CuS) es del orden de

    1 %, desde el punto de vista

    termodinmico

  • 19/01/2012 16:55 21

    Prdidas fsicas o atropamiento mecnico de cobre

    Pueden representar hasta un 75% de las prdidas totales de cobre, y se

    verifican en la forma de gotas de cobre y/o mata atrapadas fsicamente en la

    fase escoria.

    Las variables que influyen significativamente en estas prdidas de cobre son:

    densidad y viscosidad de la escoria, tiempo de decantacin, tamao de la

    gota de mata y/o cobre y espesor de la capa de escoria.

    El tiempo de decantacin y tamao de la gota estn relacionados a la

    temperatura, viscosidad y espesor de la capa de escoria.

    Una buena aproximacin para determinar el tiempo de decantacin es la

    velocidad de sedimentacin ley de Stokes

    s

    2

    sm

    d18

    dgv

    )(

    vd = la velocidad de decantacin (cm/s), g = constante

    de gravedad (cm/s2), m y s indican la densidad de la mata o metal y la escoria, respectivamente (g/cm3), ses la viscosidad de la escoria (P) y d = dimetro de la

    gota de mata o metal (cm).

  • 19/01/2012 16:55 22

    Viscosidad de Escorias

    La viscosidad de las escorias depende principalmente de su composicin qumica

    y de la temperatura.

    Aumento de temperatura del sistema disminucin de la viscosidad, , de laescoria en forma exponencial

    )exp(RT

    EA

    A es

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