Piro verano 2

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CURSO DE VERANO PIROMETALURGIA PARTE 3

Ing. Henry G. Polanco Cornejo1 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

ESCORIASIntroduccin Uno de los captulos de mayor importancia dentro del estudio de la pirometalurgia. Usada en la extraccin de metales por procesos pirometalrgicos: fundicin, conversin, copelacin, refinacin etc. Su estudio es importante, para desarrollar tcnicas para la obtencin de metales de alta pureza, as como la reduccin de costos

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EscoriasConcepto Producto de los procesos pirometalrgicos Rene la parte estril del proceso de obtencin de metales Es una solucin de xidos y silicatos metlicos que pueden contener fosfatos y boratos u otras sales. Funciones. Colectar y retirar los constituyentes estriles e impurezas Proteger al bao fundido de la atmsfera del horno Sirve como medio o disolvente para los reactivos o Requerimientos: Metalrgicos: temperatura de formacin lo ms baja posible, viscosidad baja, bajo peso especifico, Corrosividad, etc. Econmicos

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EscoriasCaractersticas: (Mackey): La escoria debe encontrarse completamente lquida a la temperatura de fusin del metal o de la mata. La escoria debe ser fcilmente manejable durante el proceso. Las escorias deben contener mnimas cantidades del metal, disuelto o en suspensin. El rango de operacin de la escoria debe ser tal, que admita variaciones tanto en la composicin. La escoria debe asegurar una buena eliminacin de los elementos menores no deseados. Las escorias, debe ser susceptible de representarse por diagramas de equilibrio.4 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Estructura de las escoriasAn no se tiene un entendimiento completo de la estructura de la escoria fundida, que permitan explicar en forma detallada las propiedades de las escorias. Por lo general a las escorias se le considera como disoluciones de los diversos xidos, es decir una mezcla ntima de SiO2, CaO, FeO, Fe2O3, Al2O3, etc. Cuando se analiza las escorias por lo general se da en porcentajes de los xidos, esto da la opinin de que las escorias contienen xidos simples como unidades estructurales Se considera que tienen mayor complejidad en su estructura que otras fases formadas5 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Estructura de los xidosLos xidos no presentan la misma estructura cristalina en el estado slido que en el lquido. En el estado slido los xidos, presentan una estructura definida y simple; Los cationes se encuentran rodeados de iones oxgeno, en una red cristalina de tres dimensiones. Pauling, establece que cada catin o in metlico debe estar rodeado de un nmero mximo de iones oxgeno. Cuando la red tiene espacios libres se considera que es una estructura inestable. De acuerdo a la estructura de los tomos, se considera que el radio atmico de los cationes es menor que la de los aniones.6 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Radios atmicos de aniones y cationesCationes Ca+2 Mn+2 Fe+2 Fe+3 Mg+2 Al+3 Si+4Ing. Henry G. Polanco Cornejo

A 0.93 0.80 0.75 0.60 0.65 0.50 0.41

Aniones O-2 S F

A 1.40 1.84 1.36

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Estructura de los xidos slidosEstructura N Coordinacin 8 6 4 3 Rc/Ra Tipos

Cbica Octadrica Tetradrica Triangular

1,000 0.732 0.732 0.414 0.414 0.255 0.255 0.155

KCl CaO, MgO, FeO SiO2, P2O5 Grupos inicos: CO3

Entre anin y catin debe existir una relacin de radios atmicos. Cuando el radio del catin es menor al de la relacin, se considera que no va ha tenerse una estructura estable.8 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Estructura de los xidos slidosEn el estado lquido, durante la fusin se destruyen las redes cristalinas de los xidos, Los cationes se encuentran rodeados de aniones pero en forma menos rgida, lo ms probable es que los iones formen asociaciones, por lo que el nmero de coordinacin vara, con tendencia a disminuir Las asociaciones son inicialmente complejas y a medida que se incrementa la temperatura se va haciendo ms simple.9 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Enlace metal - oxigenoUn anlisis de las configuraciones electrnicas de los diferentes elementos indica que la mayor parte de los metales tienen pocos electrones en su ltima capa, en los no metales es todo lo contrario. Debido a la existencia de carga positiva (ncleo) y carga negativa (corteza) en el tomo, cuando forma un enlace se tiene : Las fuerzas atractivas se producen entre el ncleo (+) de cada tomo y la corteza (-) del otro. Las fuerzas de repulsin aparecen, por la repulsin entre los ncleos (+) y entre las cortezas electrnicas (-). En la formacin de los xidos, se tiene la unin de un elemento metlico y el oxgeno, este enlace puede ser del tipo electrovalente o inico o del tipo covalente.10 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Enlace covalenteEste enlace se produce cuando existe electronegatividad polar, la diferencia de electronegatividades entre los tomos no es suficientemente como para que se efecte transferencia de electrones. Los dos tomos comparten uno o ms electrones. Es muy fuerte, difcil de romper; presenta las siguientes propiedades: Elevados puntos de fusin, muy poco solubles en cualquier tipo de disolvente, alta dureza y son malos conductores de la electricidad. Son sustancias de este tipo el diamante, SiO2 (cuarzo), carburo de silicio (Si2C), nitruro de boro (BN), etc. Mayormente se da entre el metal y el oxgeno, forman iones complejos por lo general de carcter aninico o negativo como: SiO4-4, o el PO4-3, formando configuraciones estructurales en forma de red.11 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Enlaces inicosLos metales son electropositivos; los no metales son electronegativos Una vez formados ambos iones, da lugar a la liberacin de una cantidad de energa, lo que hace posible la formacin de nuevos pares inicos y de nuevos enlaces. El arrancar un electrn a un tomo es un proceso que implica el consumo de una determinada cantidad de energa o energa de ionizacin , es ms pequea en los metales. La atraccin entre anin y catin, esta dada por las Fuerzas de Coulomb 2 Ze 2 F= (R c + R a ) 212 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

Fuerza de enlace entre aniones y cationesxido Na2O BaO CaO MnO FeO ZnO MgO BeO Cr2O3 Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 P2 O 513

F 0.18 0.27 0.35 0.42 0.44 0.44 0.48 0.69 0.72 0.75 0.83 0.93 1.22 1.66

Fraccin inica 0.65 0.65 0.61 0.47 0.38 0.44 0.54 0.44 0.41 0.36 0.44 0.41 0.36 0.28

N Coordinacin Slido Lquido 6 6-8 8 8 - 12 6 6-8 6 6-8 6 6 6 6 6 6 4 4-6 4 4-6 4 4-6 6 4-6 4 4 4 4 4 4

Carcter Bsico Bsico Bsico Bsico Bsico Bsico Bsico Anftero Anftero Anftero Anftero Acido Acido Acido18/02/2012

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Tipos de xidosLos xidos son compuestos binarios formados por la combinacin de un elemento y oxgeno. Virtualmente todos los elementos reaccionan en una atmsfera del oxgeno, a excepcin de lo halgenos, algunos metales nobles y los gases nobles. Algunos elementos, como: litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, estroncio y bario; reaccione rpidamente, por esta razn los metales alcalinos y alcalinotrreos no se encuentran en la naturaleza en su estado metlico La superficie de la mayora de los metales consiste en los xidos y los hidrxidos en presencia del aire. De acuerdo a la fuerza de enlace y al carcter de los xidos: Bsicos y cidos, entre ellos se ubican los anfteros.14 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

xidos bsicosEstos iones no pueden existir en apreciables concentracin en solucin acuosa, debido a la reaccin hidroltica O2-(s) + H2O 2 OH- (ac) K > 1022

Los xidos insolubles en agua por regla general, se disuelven en cidos diluidos, por ejemplo: MgO(s) + 2H+ (ac) Mg2+ (ac) + H2O Los miembros mas pesados de esta familia reaccionan con O2 en exceso para dar superxidos, en estos compuestos el N de oxidacin del O es -.

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ESTRUCTURA DE LA SILICELos compuestos ms abundantes de silicio son los silicatos. Sus estructuras estn formadas por unidades de SiO4. Mismas que pueden formar cadenas o ciclos:

Enlace tetrahdrico Del SiO4 . Hibridacin sp316 Ing. Henry G. Polanco Cornejo

Enlace de dos Si a travs De un enlace sp3 Formando ahora unidades de SiO318/02/2012

Las caractersticas fsicas de los silicatos dependen del ordenamiento de los tetraedros de Si04 :

Ciclosilicatos

Silicatos en Filamento O fibras: Ejemplo: El Asbesto

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Lminas compuestas de Ciclosilicatos Y cadenas de SiO3 Ejemplos:Caolin, Las mica (Moscovita) y el 18/02/2012 Talco [Mg3Si4O10(OH)2]n

Configuracin estructural de la slice a. Iones Simples: Son los monmeros ms simples de iones ortosilicato, SiO4-4, olivino, esta constituido por un solo tetraedro, generalmente los electrones del oxgeno son compartidos por un metal O-O - Si - OOTetraedros de SiO4 simples. - Torita (ThSiO4) - Zircn (ZrSiO4)18 Ing. Henry G. Polanco Cornejo 18/02/2012

b. Comparte un tomo de oxgeno: En este caso se tiene formacin inica del tipo: Si2O7-6, en este caso un tomo de oxgeno es compartido por dos tetraedros de SiO4-4, industrialmente se conoce como Hemimorfita OO| | -O - Si - O- - Si - O| | OO-

Por ejemplo la thortveitita (Sc2Si2O7).

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c. Comparte dos tomos de oxgeno: En este caso dos tomos de oxgeno de cada tetraedro de SiO4-4 son compartidos por otros tetraedros para formar cadenas largas o anillos complejos, la formacin industrial ms importante es la wollostonita. OO| | -O - Si - O - Si - O| | O O \ / Si / \ OO-

Por ejemplo tenemos espodumena [LiAl(SiO3)]2 y dipsido [CaMg(SiO3]n.

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d. Compart