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Universidad Técnica de Oruro
Carrera de Ingeniería Metalúrgica
MET 2213 Pirometalurgia I
Operaciones de preparación de carga:
TOSTACIÓN
Definición
Variables Termodinámicas de Proceso:
Temperatura
Composición de la fase gaseosa
Cinética
Tamaño y forma de la partícula
Composición química
Porosidad inicial y del producto
Transferencia de calor
Tipo de horno utilizado
Aplicación industrial
Concentrado
PbS (ZnS)
SO2
O2
HORNO DE TOSTACIÓN
PbO (ZnO)
CO2
C, O2
Flujograma de
obtención de
plomo crudo
HORNO DE REDUCCIÓN
Bullión
Pb
Escoria
(Zn)
Aplicación industrial
ZnS
ZnCO3
TOSTACIÓN
Enriquecimiento
en horno rotatorio
SINTERIZACIÓN
REDUCCIÓN
Reductor
Flujograma de
obtención de zinc
crudo
Gases
Zinc crudo
REFINACIÓN
Zinc refinado
Fundentes
Escoria
Tipos de tostación
-Tostación oxidante
-Tostación sulfatante
-Tostación clorurante
-Tostación magnetizante
-Tostación carburante
-Tostación volatilizante
-Tostación alcalina
Fundamentos de la tostación oxidante
Calores de reacción de las reacciones de tostación.
Reacción
ΔHº298 ºK, Kcal
2 FeS2 + 5.5O2 = Fe2O3 + 4 SO2
2 FeS + 3.5 O2 = Fe2O3 + 2 SO2
ZnS + 1.5 O2 = ZnO + SO2
PbS + O2 = PbO + SO2
- 398.3
- 298.9
- 106
- 99.5
C + O2 = CO2
--
94.05
Diagramas de Kellog
Diagrama de estabilidad del sistema
Fe – S – O a 600 ºC
5
Fe2(SO4)3
FeSO4
FeS2
Ps
Log Pso2
0
PΣO2 = 0.2
S
Fe
-5
Fe3O 4
o3 =
0.1
at
Pso
3 =
0.0
Pso
01
3 =
at
0.0
000
1a
t
Fe2O 3
-10
-20
-15
-10
Log Po2
-5
0
Diagrama de estabilidad del sistema
Cu – S – O - temperatura
Diagrama de estabilidad del sistema
Me-S-O-T
Diagrama de estabilidad del sistema
Fe – S- O - T
TEMPERATURA; ºC
600
550
500
450
700
400
0
PΣO2 = 0,2
Fe2(SO4)3
-5
Log Po2
-10
F eS
Fe2O3
-15
O4
Fe3O4
FeS
-20
FeS2
-25
- 30
10
11
12
13
1/T * 10.000, 1/ºK
14
15
Mecanismo de tostación
1. Difusión de oxígeno a través
de la capa límite.
2. Difusión de oxígeno a través
de la capa de productos.
3. Reacción química entre el
oxígeno y el sulfuro metálico.
4. Difusión del anhídrido
sulfuroso a través de la capa
de producto.
5. Difusión del anhídrido
sulfuroso a través de la capa
límite
Mecanismo de oxidación de la pirita
% MASA
Pirrotita
Pirita
Hematita
Magnetita
Tostación reductora
FeS2
FeS
Tostación oxidante
Fe3O4
GRADO DE OXIDACIÓN
Fe2O3
Mecanismo de oxidación de la pirita
La pirrotita muestra varios
grados de porosidad. Se
observan granos de pirrotita sólida ocasionalmente
Pirita
FeS
FeS2 FeS + 0,5 S 2
Se desarrollan fisuras en
sentido normal a la superficie de la partícula. Despues que el radio Fe:S es 1,
la pirrotita empieza a oxidarse a magnetita.
Fe3O4
Fe3O4
S
Difusión de azufre gaseoso
hacia la superficie del grano
donde es oxidado hasta
SO2. Ocurre una recristalización de la pirrotita y una reducción de volumen.
Se desarrollan varias
texturas de poro. Ocurre
difusión en los límites de
grano del sulfuro recristalizado.
.
Calentamiento excesivo
puede causar sinterización, y por tanto, se destruyen los poros.
Fe2O 3
.
..
.
. .
..
. .
. .. . . .
. .
.
. ..
El tamaño de poro incrementa con el aumento de la temperatura, pero el tamaño de`
poro de las calcinas varía. .
Tostación sulfatante
Objetivo.
Someter la muestra a calentamiento y la acción de una fase
gaseosa con el fin de obtener la transformación química del
sólido a la forma de sulfato.
A partir de sulfuro:
MeS + 2O2 = MeSO4
Me2S + SO2 + 3O2 = 2MeSO4
A partir de un óxido:
MeO + SO2 + 0.5 O2 = MeSO4
Sistema S – O - temperatura
kmol
File: C:\HSC6\Gibbs\GibbsIn.OGI
2.0
SO3(g)
1.5
SO2(g)
1.0
O2(g)
0.5
N2(g)
0.0
0
100
200
300
400
500
600
700
Temperature
800 C
Diagrama de equilibrio de la reacción SO2 + 0.5 O2 = SO3 para
una relación [O2/SO2]inicial = 2/1.
Sistema S – O a 600 ºC
kmol
File: C:\HSC6\Gibbs\GibbsIn.OGI
3.0
2.5
SO2(g)
2.0
SO3(g)
1.5
O2(g)
1.0
0.5
S2(g)
N2(g)
S6(g)
S7(g)
S3(g) S5(g)
S8(g)
S4(g)
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
O2(g)
kmol
5.0
Energías libres de
formación de sulfatos
Descomposición de sulfatos
Tostación sulfatante selectiva

Problema
A que temperatura se debe tostar un mineral compuesto por
FeS2, Cu2S y ZnS, para obtener una calcina compuesta por:
a) Fe2O3 , CuSO4, ZnSO4
b) Fe2O3, CuO y ZnSO4
Si la composición de la fase gaseosa en el horno es de 10%
Oxígeno y 0,75% anhídrido sulfuroso, y la planta de tostación se
encuentra en Oruro (Presión atmosférica 0,64 atm).
Tostación oxidante en procesos industriales de zinc
Hornos de tostación
Horno de tostación instantánea
horno de pisos
Hornos de tostación
Horno de lecho fluidizado
Consideraciones Ambientales de los
Procesos de Tostación de Sulfuros
Lluvia ácida
Lavado de gases
Reglamento de Contaminación atmosférica
de la Ley 1333 de Medio Ambiente