UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERUIngeniera de Seguridad Industrial y MineraIX SemestreTema : Tostacin de Minerales Ing. Miguel Ordoez Panibra

Es un proceso bsico de la metalurgia extractiva mediante el cual un sulfuro metlico, MeS, evoluciona al estado de xidoMeOSulfatoMeSO4OxisulfatoMeO.MeSO4La Tostacin Clorurante es un caso especial. Se transforman los sulfuros metlicos no ferrosos en productos solubles en agua.

Cubre, por una parte, operaciones intermedias entre preparacin de minerales y concentracin, y por la otra, operaciones de recuperacin y acabado de metales.Desde el punto de vista qumico, en la tostacin pueden ocurrir reacciones de oxidacin, reduccin o magnetizacin (reduccin controlada), sulfatacin o cloracin.

TOSTADOR

SOLIDOGAS AGAS BCALCINADonde: composicin qumica slido composicin qumica calcina composicin qumica gas A composicin qumica gas BLa reaccin principal es gas-slido, la que cambia la naturaleza qumica del mineral o concentrado.

Tipos de tostacinTostacin oxidanteTostacin magnetizanteTostacin sulfatanteTostacin cloruranteTostacin carbonizanteTostacin segreganteTostacin volatilizanteTostacin reductoraEtc

Tostacin Oxidante: Transforma sulfuros en xidos. Se facilita la lixiviacin. Ejm.: Zinc de Esfalerita.MS (SOLIDO) + 3/2 O2 (GAS) MO(SOLIDO) + SO2 (GAS)

Tostacin Sulfatante: En que un sulfuro se oxida parcialmente a sulfato. El proceso de oxidacin sulfatante es empleado extensamente ya que permite, controlando las condiciones, convertir la totalidad del cobre a cobre soluble (sulfato) el cual puede ser entonces lixiviado y precipitado en forma convensional:(Cu2S) + (SO2) + 3(O2) = 2(CuSO4)

Tostacin Clorurante: -para convertir a cloruros u xidos, sulfuros o metal como el proceso de Segregacin de cobre: (Cu2O) + 2(HCl) = (Cu2Cl2) + (H2O)

Tostacin Magntica, en la xidos de hierro, normalmente hematita, se reducen a magnetita para su separacin magntica posterior.(Cu2S) + (FeS2) + (O2) = (Cu2S) + (Fe3O4) + (SO2)

Tostacin Carburizante: Prepara metales refractarios o calcinados para cloracin. Ejm: Titanio y Zirconio.

Tostacin con Carbonato de Sodio: Ejm: Se extrae Cr como cromato de sodio que es lixiviable.

Tostacin Volatilizante: Se elimina otros metales como xidos metlicos y se condensan luego por enfriamiento. Ejm: As2O3, Sb2O3, ZnO.

Tostacin Sinterizante: Modifica las caractersticas fsicas de la mena o el concentrado para aglomeracin. Ejm: Menas de fierro.

Produccin de cido Sulfrico a partir de Piritas.

Tostacin Reductora.-en que un xido se reduce a metal.(Cu2O) + (H2) = 2 (Cu) +(H2O)Calcinacin.- en que se descompone trmicamente un carbonato o sulfato a xido.(CuCO3) = (CuO) + (CO2)2(CuSO4) = (Cu2O) + 2(SO3) + (O2)

tambin son considerados procesos de tostacin

calcinacin, secado sinterizacin

Reaccin principal de tostacin MS (SOLIDO) + 3/2 O2 (GAS) MO(SOLIDO) + SO2 (GAS)

Heterognea Exotrmica Espontnea

Reacciones Secundarias En la fase gaseosa En la fase slida

REACCIONES SECUNDARIAS EN LA FASE GASEOSA Durante la tostacin la fase gaseosa contiene los siguientes elementos

REACCIONES SECUNDARIAS EN LA FASE GASEOSA

Bajo las condiciones de un tostador que opere con atmsferas altamente oxidantes en la fase gaseosa tendremos solo presencia de: SO2SO3 N2H2OCO2.O2

REACCIONES SECUNDARIAS EN LA FASE GASEOSA

SO2 gas + O2 gas SO3 gas

Go= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule)

es muy importante conocer la proporcin de gases inertes para predecir las presiones parciales de SO3 , SO2 y de O2.

REACCIONES SECUNDARIAS EN LA FASE GASEOSA S2 gas + 2 O2 gas 2 SO2 gas

Go = -86520 + 17,48 TK a 700 oC = 1,23 1015

De acuerdo a esto la descomposicin pirtica est favorecida debido a que la presin de equilibrio es muy baja

REACCIONES SECUNDARIAS EN LA FASE SLIDA

MeSO4 MeO + SO3 MeSO4 MeO2 + SO2 2MeSO4 MeOMeSO4 + SO3 MeOMeSO4 2MeO + SO3

Ejm.: Reacciones de tostacin del cobre Las especies mineralgicas mas comunes presentes en los concentrados de cobre son: Cu2SCuFeS2CuSCu5FeS4FeS2Cu3AsS4

REACCIONES DE TOSTACIN DEL COBRE

FeS2 FeS + S2 (690 oC) 2CuS Cu2S + 1/4 S2 (560 oC) CuFeS2 Cu2S + FeS +1/4 S2 (1300C) Cu5 FeS45/2 Cu2S+ FeS +1/4 S2 (1500C)

REACCIONES DE TOSTACIN DEL COBRE temperaturas 500 oC Cu2S + SO2 + 3O 2 2CuSO4 CuS + 2 O2 CuSO4 CuFeS2 + 15/4 O2 CuSO4 + Fe2O3 + SO2 Cu5 FeS4 + SO2 + 39/4 O2 5 CuSO4 + Fe2O3

REACCIONES DE TOSTACIN DEL COBRE

temperaturas 650 oC 2 CuFeS2 + 7 O2 CuO + CuSO4 + Fe2O3 + 3 SO2

temperaturas mayores a 900 oC tostacin a muerte Cu2O + Fe2O3 2 CuFeO2 (ferrita cuprosa)CuO + Fe2O3 2 CuFeO4 (ferrita cprica)

Representacin grfica del equilibrio de tostacin

Diagrama de Kellogg esquemtico para el sistema Me-O-S

Las rectas del diagrama representan los equilibrios entre las fases condensadas siguientes:Lnea N 1:Me(s) + SO2(g) = MeS(s) + O2(g)Lnea N 2:Me(s) + O2(g) = MeO(s)Lnea N 3:MeS(s) + 3/2O2(g) = MeO(s) + SO2(g)Lnea N 4:MeO(s) + SO2(g) + O2(g) = MeSO4(s)Lnea N 5:MeS(s) + 2O2(g) = MeSO4(s)

El cobre se obtiene de minerales sulfurados tales como sulfuro de cobre(I), mediante procesos de varias etapas. Despus de una etapa inicial de molienda, el mineral se tuesta (se calienta fuertemente con oxgeno) para formar un xido de cobre(I) en polvo y dixido de azufre gaseoso.

a)Cuntos moles de oxgeno se requieren para tostar 10 moles de sulfuro de cobre (I)?

b) Cuntos gramos de dixido de azufre se forman al tostar 10 moles de sulfuro de cobre (I)?

c)Cuntos kg de oxgeno se requieren para formar 2,86 kg de xido de cobre(I)?

Reaccin Problema 3

Cu2S(s) + O2(g) = Cu2O(s) + SO2(g)Ecuacin (balanceada):

Cu2S(s) + 3/2 O2(g) = Cu2O(s) + SO2(g)o2 Cu2S(s) + 3 O2(g) = 2 Cu2O(s) + 2 SO2(g)

1 ton SO2= 106 g SO2=>106 g / 64,07 g/mol

15 608 moles de SO2

La reaccin de tostacin produce SO2 y Cu2O en relacin 1:1 en moles; por lo tanto cuando se produce 1 ton de SO2 se han producido tambin 15 608 moles de Cu2O

M(g/mol)143,09 + 12,01 = 2 *63,546 + 28,01

Cu2O(s) + C(s) = 2 Cu(s) + CO(g)

Cada mol de Cu2O produce 2 moles de Cu =>

los moles de Cu = 2 x 15 608 = 31 216masa de Cu = 31 216 moles x 63,546 g/mol= 1,983652 x 106 g = 1,984 tonRespuesta: Por cada tonelada de SO2se produce 1,984 toneladas de cobre.

En los equilibrios de las reacciones anteriores, el lugar geomtrico de los puntos para los cuales se alcanza el equilibrio entre las fases condensadas y el gas se representa por las ecuaciones siguientes:Para ecuacin Lnea N 1:logPSO2 = logPO2 logKPara ecuacin Lnea N 2:0 = - logPO2 logKPara ecuacin Lnea N 3:logPSO2 = 3/2 logPO2 + logKPara ecuacin Lnea N 4:logPSO2 = - logPO2 logKPara ecuacin Lnea N 5:0 = - 2logPO2 logK

Los diagramas de Kellogg indican tambin, si es posible realizar procesos de Tostacin Diferencial.

Cuando a una determinada temperatura los diagramas de dos metales. Me y M tienen desplazamientos que muestran interseccin es posible pensar en que se puede obtener un producto oxidado, MeO y otro sulfatado.

Mediante tostacin diferencial se puede efectuar:La separacin del Cu con respecto del Ni y FeLa del Co con respecto del Cu y FeLa del Ni con respecto del Co y Fe.

Diagramas de equilibrio de los sistemasCu-O-S y Fe-O-S

Diagramas de Predominancia(Diagramas de Kellogg)Para el sistema Cu-S-O a 1000 K. Considera la coexistencia de Cu2O y Cu2SO4una lnea recta con una pendiente de(-3/2)/2 = -3/4vertical lineLnea vertical

Procedimiento:Escoger el Cu como elemento baseConsiderar la formacin de cada compuesto slido a partir de un mol del elemento base, Cu. Digamos, por ejemplo, para el CuO

Obtener DG0 desde las tablas de propiedades termodinmicasDG es calculada tanto para pSO2 y pO2El que resulta con el ms negativo DG es el compuesto estable

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