Tarea N3 Balances Conversin.

1.En una operacin de conversin de cobre, la primera carga es de 30 ton de 42% de mata. El flujo utilizado de material contiene un 7% Cu, 16% Fe, 5% S y 49% SiO2. La escoria contiene 28% SiO2, 63% FeO y 4% CuO. Despus que la primera escoria es descargada, se adiciona mata del mismo peso del FeS que se oxid (FeS proveniente de la primera mata cargada). El tiempo estimado de la etapa de formacin del blister es de 2 h. a) Calcule el peso total de la escoria producida.b) El peso del cobre blister formado (considerando un blister constituido de solamente Cu).c) Los kg de fundente utilizado. d) El tiempo de soplado, y el volumen del fundente agregado, por minuto.Se cargan al sistema 30.000 kg.

Segunda mata:

El Fe total de la mata es el que sale en la escoria:

En el fundente, suponiendo 100 kg tenemos que el Cu va a formar Cu2S:

EL Fe va a formar FeO:

La SiO2 para el FeO es:

La SiO2 disponible:La SiO2 necesaria:

Masa de Fundente

Aire consumido soplado de blster es proporcional al S contenido en el Cu2S mas el O2 consumido por la sobre oxidacin del Cu el cual sale en forma de CuO en la escoria

Tiempo de soplado es proporcional al flujo de aire:

2.Se tiene 2.500 kg de un concentrado de cobre con la siguiente composicin inicial: Enargita (35%), calcopirita (12%), pirita (13%), tenantita (5.4%), bornita (8.6%), bismutina (4.5%), estibinita (7.1%), covelina (4.9%), slice (6.2%) y almina (3.3%). Este concentrado es tostado y fundido con oxgeno y en alta temperatura para producir los compuestos comnmente obtenidos. El aire insuflado viene pre-calentado a una temperatura de 500C, y tiene un contenido en exceso de oxgeno de 30%. En el proceso de tostacin/fusin, el 1/3 del Cu2S producido, es oxidado a Cu2O. Luego, el 40% de la cuprita total producida que se encuentra en el material tostado es sobre-oxidado a tenorita. La mitad del FeS producido por la tostacin es oxidado a wstita. En los gases de salida no se encuentra oxgeno ni vapor de agua. Luego, el metal blanco producido es tratado con aire (concentraciones normales de oxgeno) en un convertidor para obtener un cobre blister de 98.5% pureza. La impureza principal es S. Calcule: a) El volumen total de aire utilizado en todo el proceso. b) El peso (en kilogramos) de slice que se debe agregar para evitar la formacin de magnetita. c) El peso (en kilogramos) de cobre blister producido. Alimentacin de Concentrado, para ello se toma la masa por compuesto y se calcula la proporcin de cada elemento por separado contenido por compuesto:Compuestomasa, kgComposicinPMCuFeSAsBiSb

Cu3AsS487535393,4423,70,0284,7166,60,00,0

CuFeS230012183,3103,991,3104,70,00,00,0

FeS232513119,80,0151,4173,60,00,00,0

Cu12As4S131355.41477,669,60,038,027,40,00,0

Cu5FeS42158.6501,3136,223,954,90,00,00,0

Bi2S3112.54.55140,00,021,00,091,50,0

Sb2S3177.57.1339,60,00,050,20,00,0127,3

CuS122.54.995,581,50,041,00,00,00,0

SiO21556.2600,00,00,00,00,00,0

Al2O382.53.31020,00,00,00,00,00,0

Total2500100814,9266,6768,2194,091,5127,3

Un tercio del Cu2S se transforma en Cuprita:

El 40% de la cuprita formada se transforma en tenorita:

La masa de FeS producido:

Masa de FeS restante luego de sobreoxidarse a wustita:

El SO2 que se obtiene por los gases es igual al azufre que entra menos el remanente en la mata:

Con esto podemos determinar el consumo de O2:Compuestomasa TotalMasa de O2

Cu2O183,420,5

CuO136,122,8

FeO171,538,2

As4O6256,241,4

Bi2O310210,5

Sb2O315225,0

SO21.109,1554,6

Total713,1

Calculando el N2 que entra:

Ahora calculamos la formacin de Cu Blister a partir de Cu2Sy FeS, en donde el todo el Cu sale como Blister y el Fe como escoria fayalitica.Cu2S:

La diferencia entre el Cu blster y el Cu se debe una sobre oxidacin de este, por tanto se asumo como S.FeS:

a)Flujo de Aire:CompuestoAire Tost/FusAire ConvAire TotalFlujo, Nm3

O2713,1251,4964,521.605

N21455,9827,52.283.451.148

Total3.247,972.753

b)La SiO2 suministrada al sistema es:

c)Cu Blister:

3.Un Convertidor Peirce Smith despus de completada la etapa de soplado a escoria, queda cargado con los siguientes productos: Metal Blanco = 305 toneladas (100 % Cu2S); Escoria Remanente = 4 toneladas (30 % Fe3O4; 35.6 % FeO; 14.9 % Cu 2S; 1.8 % Cu2O; 2.5 % Cu metlico (de composicin 99 % Cu y 1% S) y 15.2 % SiO2). Finalizada la etapa de soplado a cobre con aire (21 % O2), se obtiene un cobre blister de 99 % Cu y 1 % S y 12470,8 kg de xidos (9.6 % Fe3O4; 11.4 % FeO; 60,6 % Cu 2O; 13,5 % Cu metlico (de composicin 99 % Cu y 1% S) y 4,9 % SiO2). Con los datos antes mencionados, calcule: a) Masa de cobre blister b) Aire necesario para obtener el cobre blister mencionado c) Calcule la cantidad de Scrap (100 % Cu) necesario para enfriar el convertidor y mantenerlo a una temperatura de 1250 C, si el balance de calor global del sistema muestra que para mantener dicha temperatura hay que retirar del sistema 363.04 Mcal.Balance metal blanco:

Balance escoria remanente:Compuestomasa, tonComposicin

Fe3O41,230

FeO1,42435,6

Cu2S0,59614,9

Cu2O0,0721,8

Cu0,0992,475

S0,0010,025

SiO20,60815,2

Total4100

Balance de escoria generada por el CPS:Compuestomasa, tonComposicin

Fe3O41,1979600

FeO1,42211,400

Cu2O7,55760,600

Cu1,66713,365

S0,0170,135

SiO20,6114,900

Total12,47100

El anlisis de datos indica que la masa de magnetita, wustita y slice se mantienen constante, por lo cual se puede concluir que el nico que reacciona es el Cu2S el cual asumimos que reacciona completamente:

Adems conocemos la masa generada de Cu2O y Cu:

Datos termodinmicos:

Para lograr mantener la temperatura a 1.250C hay que retirar 363,04 Mcal:

4.Un horno de limpieza de escoria trata 130 toneladas de escoria CT, cuya composicin es de 7 % Cu, 12 % Fe3O4 y 49.3 % FeT. Suponga que el cobre atrapado en esta escoria se encuentra a la forma de un eje de 65 % en Cu. Mediante la alimentacin de 5.39 kg/min de reductor cuya razn de reduccin es de 44 kg Fe3O4/(kg reductor), se reduce un 75 % de la magnetita presente en la escoria CT y con una eficiencia de utilizacin del reductor de 60 %. La escoria reducida contiene un 0.9 % de Cu y corresponde a una del tipo fayalita (Fe/SiO2= 1.5) y la ley en Cu del eje producido es de 65 %. Calcule: a) Masa y composicin de escoria y eje producidos.b) % SiO2 en la escoria CT y tiempo de reduccin.Alimentacin al HLE:

Abundancia de CuS en el eje atrapado:

Masa de FeS en la escoria alimentada:

Balance masa de escoria ingresada al sistema:CompuestoMasa, tonComposicin

Cu2S11,48,8

FeS2,62,0

Fe3O415,612,0

FeO64,0949,3

SiO236,3127,9

Total130100.0

Si se reduce el 75% de la magnetita tenemos que:

Masa de FeO generada:

La relacin de Fe/SiO2 es 1,5:

Por ende se concluye que la relacin es mayor a 1,5:

Masa de Reductor:

Asumiendo que la composicin del eje no cambia de la escoria CT con respecto al nuevo eje suponemos entonces que el FeS no reacciona ni tampoco el Cu2S:

Masa de eje obtenida:

Composicin escoria HLE:CompuestoMasa,tonComposicin

Cu2S1,10,9

FeS0,30,2

Fe3O43,93,3

FeO75,064,2

SiO236,331,1

C0,140,2

Total116,7100

Para determinar el tiempo de reduccin se conoce la velocidad con cual se alimenta el agente reductor y se conoce el total del reductor utilizado:

5.xido de hierro es reducido a hierro en un horno elctrico de acuerdo con la siguiente reaccin:

Calcule: a) Los kg de Fe2O3 que deben ser reducidos para obtener 1 ton mtrica de Fe b) Kg de carbn requeridos, c) Metros cbicos de CO y CO2 producidos en condiciones estndar d) Kg de CO y CO2 producidos.

Composicin y flujo de gases de salida:Compuestomasa, kgPMkmolm3%v/v

CO403,23013,44301,0667

CO2297,9446,77151,6533

Total701,120,21452,71100

6.Un horno de refinacin a fuego se encuentra cargado con 300 ton de cobre conteniendo 500 ppm de azufre y 2000 ppm de oxgeno y se inyecta aire por tobera para desulfurizarlo en 90 min y con una eficiencia de oxgeno de 80%. Producto de este tratamiento el cobre queda con 20 ppm de S y 7000 ppm de O. Con estos datos anteriores: a) Plantee las reacciones que ocurren en este tratamiento. b) Flujo de aire por tobera (considere masa inicial de cobre = masa final de cobre). c) Plantee el balance de calor.Reacciones:

Dada las energas de Gibbs de cada reaccin y dada la bibliografa del curso las reacciones ms favorables debiesen ser (1), (2) y (3).Existen 300 ton de Cu a la salida del sistema y est asociado a la salida de 20 ppm de S a la salida.

Calculo a la entrada del sistema de RAF:

La diferencia entre la entrada y la salida de azufre es:

Por lo tanto el otro resto suponemos que sale en forma de SO3:

Masa de O asociada al SO3

Si sumamos el O consumido con respecto al de la entrada ms el insuflado tenemos que el oxgeno total que ingresa es:

A pesar de las energas de Gibbs entre SO2 Y SO3, se asume que el proceso se realiza de forma controlada para evitar la formacin de SO3 de forma temprana.El flujo aire est dado por:

7.Se procesa 20 ton de eje de ley 55% en un CPS con aire precalentado a 400C, con un moderado enriquecimiento de oxigeno de 3% y a razn de 20 m3/min, si la escoria formada es exclusivamente fayalita, indique el tiempo del primer soplado y el requerimiento de slice.Reaccin 1:

Reaccin 2:

Condiciones CPS:

Al igualar los GT de ambas reacciones se puede establecer: cuando la reaccin 2se iniciara y con ello determinar el para que se establezca esta condicin.

Para el primer soplado:

Tiempo de soplado: El flujo de aire viene a 400C sin normalizar, por ende debe ser normalizado para poder realizar el clculo:

Para determinar la slice utilizamos la relacin PM de la fayalita: