Pirometalurgia

7/18/2019 Pirometalurgia

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Profesor Auxiliar: Julio Díaz M.

Semestre Primavera 2009



Proceso de SecadoEjemplos



Operación unitaria consistente en evaporar el agua u otrolíquido contenido en el concentrado húmedo proveniente dela planta de concentración de minerales.

La humedad del concentrado es necesaria para el transportedesde la planta concentradora hasta la fundición, a que de

esta manera se evitan com!ustiones espont"neas delconcentrado. Esta humedad oscila entre # $%&.

Sin em!argo, una ve' en la fundición, es necesario e(traerla humedad del concentrado. )e no ser así, el aguacontenida en el concentrado se evapora de manerapr"cticamente instant"nea al inectarse en el reactor,generando e(plosiones que ponen en peligro la operación,adem"s de hacer m"s ine*ciente el proceso de fusión desdeel punto de vista energ+tico.

n secado total de un concentrado puede tener contenidosde agua tan !ajos como %,$ - %,& en peso de /0O, estoúltimo se denomina “secado a muerte”.



1 2educir los costos de transporte.

1 3ejorar el carguío la operación de los hornosde fusión4conversión de concentrados.

1 3ejorar el !alance t+rmico de la operaciónsiguiente de

fusión4conversión.

Las ra'ones por las cuales es necesario secar unconcentrado son las siguientes5



E(isten varios tipos de operaciones de secado, que sediferencian entre sí por la metodología seguida en elprocedimiento de secado6 puede ser por eliminación deagua de una solución mediante el proceso de e!ullición en

ausencia de aire6 tam!i+n puede ser por eliminación deagua mediante adsorción de un sólido, por reducción delcontenido de líquido en un sólido, hasta un valordeterminado mediante evaporación en presencia de ungas.

Las operaciones de secado pueden clasi*carseampliamente según que sean por lotes o continuas. Estost+rminos pueden aplicarse especí*camente desde el punto

de vista de la sustancia que est" secando.



Los secadores se clasi*can según5

7ormas de secado▪ 8ransportador▪ 8am!or▪ 7lash▪ Lecho 7luido

▪ 2otatorio▪ Spra▪ 9andeja▪ :spiración

El m+todo de transmisión de calor a los sólidos húmedos▪ Secadores directos.▪ Secadores indirectos.

▪ Secadores diversos.

Las características de manejo las propiedades físicas delmaterial mojado

▪ Secadores discontinuos o por lote.▪ Secadores continuos.▪ Secadores para sólidos granulares o rígidos pastas semisólidas.▪ Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o suspensiones.



2otatorio▪ ;alor )irecto

▪ ;alor <ndirecto

8ornillo sin *n Lecho 7luidi'ado



n secador rotatorio esta formado por una carcasa cilíndricagiratoria hori'ontal o ligeramente inclinada hacia la salida sostenidas por dos anillos de rodadura que funcionan so!remecanismos de rodillos. La alimentación húmeda se introducepor un e(tremo del cilindro el producto seco descarga por el

otro lado. ;uando gira la carcasa, unas placas elevan los sólidos los esparcen en el interior de la misma. Se usan generalmentepara producción de alto tonelaje por su capacidad de manejarproductos de considera!le variación en tama=o composición.



Los Secadores 2otatorios son apropiados para el secadocontinuo de minerales en polvo en plantas de chancado,concentración fundición.

;ada aplicación de secado es un caso particular eldimensionamiento del secador se !asa en la vastae(periencia en aplicaciones similares en las prue!as desecado llevadas a ca!o en el la!oratorio.



Secadores otatorios DirectosLa transferencia de calor se logra por contacto directo entre lossólidos húmedos los gases calientes. El líquido vapori'ado searrastra con el medio de desecación6 es decir, con los gasescalientes. Se utili'an con materiales que no son sensi!les al calor

ni que son afectados por el contacto directo con gases decom!ustión. Los materiales pueden ser secados en paralelo o encontracorriente del gas caliente. La transferencia de calor seefectúa predominantemente por convección.

Secadores otatorios !"directos

El calor de desecación se trans*ere al sólido húmedo a trav+s deuna pared de retención. El líquido vapori'ado se separaindependientemente del medio de calentamiento. La velocidadde desecación depende del contacto que se esta!le'ca entre elmaterial mojado las super*cies calientes. Los secadoresindirectos se llaman tam!i+n secadores por conducción o decontacto.







Los secadores rotatorios se dividen en dos tipos,conforme a las direcciones de la corriente de material aser secado de los gases de secado. La elección entre unsecador rotatorio de co>corriente o uno de contra>corriente se efectúa de conformidad con las propiedades

del material a ser secado5

> ?rado de secado> ;alor especí*co> ;apacidad de evaporación de humedad> <n@ama!ilidad> Propiedades de sinteri'ación



Es un secador continuo de calentamiento indirecto,formado esencialmente por un transportador de tornillo sin*n hori'ontal Ao un transportador de paletaB encerradodentro de una carcasa cilíndrica encamisada.

La alimentación que entra por un e(tremo se transportalentamente a trav+s de la 'ona caliente se descarga porel otro e(tremo.

El vapor generado se e(trae a trav+s de conduccionescolocadas en la parte superior de la carcasa. Esta tiene de# a CD cm. de di"metro hasta m de largo6 cuando serequiere m"s longitud se colocan varios transportadores,unos so!re otros formando una !ancada.



El secado se lleva a ca!o mientras el material est" ensuspensión en un am!iente @uidi'ado.La @uidi'ación convierte un lecho de partículas sólidas enuna masa suspendida e(pandida que posee muchas de

las propiedades de un líquido. Las velocidadesascendentes del gas varían entre %,$D a C m4s



Profesor Auxiliar: Julio Díaz M.Profesor Auxiliar: Julio Díaz M.

Semestre Primavera 2009Semestre Primavera 2009



7usión deconcentrados

3+todos de

fusión Ejercicios



Proceso cuo o!jetivo es concentrar el co!re del concentradoformando una fase de sulfuros líquidos, llamada mata o eje, en loposi!le conteniendo todo el co!re alimentado otra fase o(idadalíquida, llamada escoria en los posi!le e(enta de co!re

Etapa de concentración a alta temperatura donde se rompe laespecie mineralógica para li!erar la especie met"lica de inter+s

En la fusión, el concentrado de co!re es sometido a altastemperaturas para lograr el cam!io de estado de sólido a líquido.

El proceso de fusión ocurre a temperatura del orden de $0%% F;, asea por5

;alentamiento directo Suspensión en una torre de reacción > 7lash <nección en un !a=o líquido



Concentrado + Fundentes + EnergíaConcentrado + Fundentes + Energía Mata + Escoria + GasMata + Escoria + Gas



#o"ce"trado: Producto principal de la etapa de @otación. Los minerales m"scomunes encontrados en los concentrados de co!re son5 ;alcopirita A;u7eS0B la Pirita A7eS0B, aunque pueden estar presentes otros minerales como la 9ornitaA;uD7eSGB, ;alcosina A;u0SB, ;ovelina A;uSB ;uar'o ASiO0B. Huímicamente losconcentrados fundidos, contienen 0D > D& de ;u, 0D > D& de 7e 0D > D& dea'ufre.

$u"de"te %Si&2': 2eacciona con los ó(idos de hierro formados durante lafusión A“colector de (xidos”B para formar una escoria que sea removidaf"cilmente. 7orma una escoria inmisci!le con la mata tiene !aja solu!ilidad enco!re.

Mata : ;orresponde a la fase met"lica es en donde se concentra el co!reasociado principalmente a a'ufre. Est" compuesta tam!i+n por sulfuros dehierro. Es la fase m"s densa del material fundido se encuentra en la parte !ajadel horno. La cantidad de co!re varía dependiendo del m+todo de fusión AentreD% D&B.

#u2S $eS 7eOG :u :g Pt S! 9i :s In P!



)scoria: Es la parte menos densa del fundido, contiene principalmente ó(idosde hierro, fundentes co!re Ap+rdidasB. Si el contenido de co!re es alto, +stapuede ser enviada a hornos destinados a la limpie'a de escoria para recuperarel contenido de co!re que aún le queda.

$e& $e*&+ Si&2 :l0O ;aO 3gO ;u0O S! 9i :s In P!

Polvos: Los gases que salen de un horno de fusión, siempre contienen polvo, elque @uctúa entre un un $D& de la carga alimentada. El polvo consisteprincipalmente de peque=as partículas de concentrado peque=as gotas dematerial semifundido que no alcan'aron a asentarse en el interior del horno

siendo arrastradas por los gases. Los polvos contienen entre un 0D %& deco!re, por esta ra'ón, generalmente son recirculados al horno para recuperar elco!re contenido en ellos.



Reacciones de Oxidación



Los procesos de fusión por o(idación de concentrados de co!re puedenconsiderarse químicamente como una ,ro-resiva oxidaci(" del ierro / elazufre co"te"ido e" el co"ce"trado.La ra'ón termodin"mica fundamental que posi!ilita la producción de co!remet"lico mediante esta secuencia de procesos o(idantes es la ma/ora"idad del ierro ,or el oxí-e"o1 relativa a la del core.

La reacción est" fuertemente despla'ada a la derecha, dada su altaLa reacción est" fuertemente despla'ada a la derecha, dada su altaconstante de equili!rio. Esto indica que el hierro se o(ida preferentemente alconstante de equili!rio. Esto indica que el hierro se o(ida preferentemente alco!re que al estar en contacto co!re o(idado líquido, con 7eS, este últimoco!re que al estar en contacto co!re o(idado líquido, con 7eS, este últimosul*di'ar" al ó(ido completamente.sul*di'ar" al ó(ido completamente.



1. Fusión por calentamiento directo

Concentrado se funde por aplicación directa de calor

Cubilote

Horno Eléctrico

Horno Reverbero



#%% - $%%% t4d tili'a petróleo como fuente de calentamiento para fundir el

concentrado 9aja e*ciencia t+rmica A%>D&B ?as e@uente po!re en SO0 A%,D - 0&B, diluido principalmente

en ;O0 /0O J0

2emoción de SO0 difícil cara )epositaciones de magnetita hacia el fondo Apiso falsoB Le de la mata D%& apro(.

Fusión por Calentamiento Directo

Horno Reverbero



Fusión por Calentamiento DirectoFusión por Calentamiento Directo

Horno ReverberoHorno Reverbero



2.$las #o"ce"trado se sus,e"de e" u" 3u4o de aire1 fu"di5"dose /

co"virti5"dose e" ,arte ,or reacci(" co" el -as

2a' !6#&

/orno de una c"mara con quemadores de concentrado hori'ontales

tili'a O(igeno AKD& O0B

Le mata D%>DD&

olumen de gases de salida $D Jm4t carga

0& p+rdidas de polvoEscoria %,& ;u apro(.

$D - 0% t4h de carga

0%%% - 0D%% Jm O04h

?as de salida con % - #%& de SO0







2b) Outokumpu

Horno compuesto de 3 cámaras: reacción, sedimentación y salida

uemador de concentrado ubicado verticalmente

!tili"a aire precalentado y#o enri$uecido de %orma variable

&ey mata '()*'+

olumen -ases de salida ..(( /m3#t car-a

').(+ de pérdidas de polvo

Escoria con .)0+ Cu





. Fusión por !a"o

Concentrado se funde a#re#ando o in$ectando en un ba"o fundido

/oranda1roceso anyu2ovConvertidor %eniente



Reacciones 1rincipales





En un horno 7lash se procesa un concentrado calcopirítico con o(ígeno puro sílice como fundente, alimentados a una temperatura de 0D F;. La mata

producida tiene una le de D0 & ;u est" formada por 7eS ;u0S, la escoriacompuesta por % & 7eO % & de SiO

0, encontr"ndose am!os a $00 F;. Los

gases de salida, principalmente SO0, salen a $G0 F;. Se asume que las

reacciones que ocurren son5;u7eS0 M N O0 N ;u0S M 7eS M N SO0

7eS M 40 O0 7eO M SO0

0 7eO M SiO0 07eOSiO0

Para la reacción A$B se conocen5;omponentes ;u7eS0 O0 ;u0S 7eS SO0

∆/0K#F Acal4molB >D.%$C % >0.# >.DK%

>#C.DC

: su ve', el ∆/0K#F de la reacción A0B es de -$$0,0$ cal4mol de 7eO el de la

reacción AB de -#.0%% cal4mol de SiO0.

El calor para calentar desde 0D a $00 F; el ;u0S, el 7eS la faalita

07eOSiO0 son de %.%G#, D.% .G% cal4mol, respectivamente. El calor

necesario para calentar el SO0 desde 0D a $G0 F; es de $#.CGC cal4mol.

;alcular iB la masa de mata escoria generada ii volumen de ases enerados O este uiom+trico re uerido



Pesos Moleculares:;omponente 5 #u$eS

2 &

2 #u

2S $e& $eS Si&

2 S&

2

g4mol $#,D$ 0 $DK,$D $,#D #,K$ C% CG

Pesos At(micos:

;omponente 5 #u $eg4"tomo C,DG DD,#D

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