Pirometalurgia

TOSTACION
PIROMETALURGIA II
INGENIERIA CIVIL EN METALURGIA
 La reacción principal es gas-sólido, la que cambia la
naturaleza química del mineral o concentrado
 El proceso de tostación es muy ordenado desde el
punto de vista termodinámico
 Se lleva a cabo por dos principales razones que
dependen del método de extracción de cobre que se
siga posteriormente
 Temperatura de trabajo 500-800 oC
SOLIDO
GAS A
CALCINA
TOSTADOR
GAS B
Donde:
• composición química sólido  composición química calcina
• composición química gas A  composición química gas B
Tipos de tostaciones

Tostación oxidante

Tostación magnetizante

Tostación sulfatante

Tostación clorurante

Tostación carbonizante

Tostación segregante

Tostación volatilizante

Tostación reductora

Etc
 Cabe hacer notar que :
 calcinación,
 secado
sinterización
también son considerados procesos de tostación
 Reactores de tostación
 Hornos de pisos múltiples
 Hornos de lecho fluidizado
Secuencia de operación:
calentar el horno hasta alcanzar la temperatura de
ignición del concentrado
Iniciar alimentación
Alimentación de combustible
 Hornos de pisos múltiples
 reactor cilindrico (6m de diámetro y 15 m de alto)
 alimentación : concentrados y aire
 desplazamiento de la carga por medio de rastras
 Los gases contienen 4 a 6% de SO2
 capacidades: 0.5-1.0 ton conc/m2 piso/día
 Hornos de pisos múltiples
 Hornos de lecho fluidizado
 reactor cilindrico
alimentación : concentrados y aire
 partículas están rodeadas por aire
la alta eficiencia de utilización del oxígeno
Los gases contienen 10 a 15% de SO2
 capacidades: 5-50 ton conc/m2/día
 Horno lecho fluidizado
G as ap lan ta
d e ácid o
C iclón
recu p erad or
d e calcin a
alim en tación
T ob eras
75-90 %
aire
P rod u cto
10 -25 %
 Reacción principal de tostación
MeS sólido + 3/2 O 2 gas 
 heterogénea
exotérmica
espontánea
MeO
sólido
+ SO 2 gas
 Reacciones secundarias
 En la fase gaseosa
En la fase sólida
 Reacciones secundarias en la fase gaseosa
Durante la tostación la fase gaseosa contiene los
siguientes elementos
O xíg e no (a ire )
a zufre (sulfuro s)
hid ró g e no (hum e d a d )
nitró g e no (a ire )
ca rb o no (ca rb o na to s)
 Reacciones secundarias en la fase
gaseosa
Bajo las condiciones de un tostador que opere con
atmósferas altamente oxidantes en la fase gaseosa
tendremos solo presencia de:
O2
SO2
SO3
N2
H2O
CO2.
 Reacciones secundarias en la fase
gaseosa
SO2 gas + ½ O2 gas  SO3 gas
Go= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule)
pSO
K 
pSO
2
3
(pO 2 )
1/2
es muy importante conocer la proporción 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 T
K a 700 oC
K
= 1,23 1015
pSO
2
2
pS 2 (pO 2 )
2
pS 2  10
-15
 pSO 2 


pO
2 

2
(atm)
De acuerdo a esto la descomposición piritica está favorecida
debido a que la presión de equilibrio es muy baja
 Reacciones secundarias en la fase sólida

MeSO4
 MeO + SO3

MeSO4
 MeO2 + SO2

2MeSO4
 MeOMeSO4 + SO3

MeOMeSO4  2MeO
+ SO3
 Reacciones de tostación del cobre
Las especies mineralógicas mas comunes presentes
en los concentrados de cobre son:
Cu2S
CuFeS2
CuS
Cu5FeS4
FeS2
Cu3AsS4
 Reacciones de tostación del cobre
 FeS2 
FeS + ½ S2
 ½ Cu2S + 1/4 S2
(690 oC)
(560 oC)

2CuS

CuFeS2  ½ Cu2S + FeS +1/4 S2
(1300ºC)

Cu5 FeS45/2 Cu2S+ FeS +1/4 S2
(1500ºC)
 Reacciones de tostación del cobre
temperaturas  500 oC
 Cu2S + SO2 + 3O 2 

2CuSO4

CuS

CuFeS2 + 15/4 O2  CuSO4 + ½ Fe2O3 + SO2

Cu5 FeS4 +SO2 + 39/2 O2  5 CuSO4 + ½ Fe2O3
+ 2 O2
CuSO4
 Reacciones de tostación del cobre
temperaturas  650 oC
 2 CuFeS2 + 7 O2  CuOCuSO4 + Fe2O3 + 3 SO2
temperaturas mayores a 900 oC
 tostación a muerte

Cu2O + Fe2O3  2 CuFeO2 (ferrita cuprosa)
CuO
+ Fe2O3

2 CuFeO4 (ferrita cúprica)
Representación gráfica del equilibrio de
tostación
Diagrama de Kellog esquemático para el sistema Me-O-S
Diagramas de equilibrio de los sistemas
Cu-O-S y Fe-O-S
Cinética de la tostación
La oxidación de los sulfuros con aire es de naturaleza
homogénea, las velocidades de tostación dependen de:
tamaño de partícula (área superficial)
violencia del contacto aire/partícula
concentración de oxígeno
temperatura del gas.
Cinética de la tostación
Un factor de considerable importancia en la tostación
es la temperatura de ignición, que corresponde a la
menor temperatura a la cual la partícula de mineral se
oxidará en forma suficientemente rápida para mantener
o aumentar la temperatura del tostador
Cinética de la tostación
Temperaturas de ignición de minerales sulfurados de cobre y fierro
en aire
m ine ra l
Te m p e ra tura d e
o
ig nició n C
C uS
 400
C u2 S
450
C uF e S 2
300
FeS 2
400
FeS
400
Cinética de la tostación
Los posibles pasos controlantes de un proceso de
tostacion son:
1.
Difusión del reactante gaseoso (O2) a través de la capa de
productos sólidos.
2.
Adsorción de O2 sobre la superficie del sólido en la interfase
de reacción.
3.
Reacción química en la interfase gas/sólido.
4. Desorción del producto gaseoso (SO2) a través de la capa de
producto sólido
Cinética de la tostación
O2
SO2
Secado y calcinación
 Eliminación del agua contenida en sustancias por
evaporación.
 La presión de vapor de agua debe ser mayor que
la presión parcial del agua en la atmósfera
circundante
 es un proceso endotérmico
Secado y calcinación
 se hacen pasar gases calientes a través o por
encima de la sustancia
 hornos utilizados el el proceso son el horno
rotatorio o bien en hornos de lecho fluidizado.
 durante la calcinación se eliminan agua, bióxido de
carbono y otros gases
Secado y calcinación
 La calcinación es más endotérmica que el secado
 la velocidad de calcinación está controlada por el
suministro de calor necesario por conducción a
través de la capa de caliza calcinada
 la calcinación puede efectuarse en varios tipos de
hornos, horno de cuba, horno rotatorio, lecho
fluidizado