Curso Metalurgia 2 Capitulo I

7/17/2019 Curso Metalurgia 2 Capitulo I

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ESCUELA PROFESIONAL DE

INGENIERIA QUIMICA

METALURGIA 2

ING. VICTOR ALVAREZ TOHALINO

CAPITULO I

PIROMETALURGIA

INTRODUCCION

• La mayor parte de metales básicos se extraendesde los sulfuros metálicos.

• A nivel mundial, el 90% del cobre primario seobtiene a partir de minerales sulfurados.

• En el país, todo el plomo y casi el 90% del cobrey zinc se producen desde especies sulfuradas.

• El tratamiento de la mayoría de los sulfuros se

realiza por concentracin ! fusin.• En la planta concentradora se obtienen los

concentrados metálicos "ue posteriormente seprocesan por vía pirometal#r$ica.

TRATAMIENTO DE MINERALES SULFURADOS

TRATAMIENTO DE MINERALES OXIDADOS

PROCESOS PIROMETALURGICOS

La confi$uracin de las etapas depende de – Las características del concentrado. – El tipo de metal a obtener.

• Secado: –

Antes era la #ltima etapa de la concentracin. – Eliminacin del a$ua contenida en el concentrado. – Los nuevos procesos flas& y de produccin continua

necesitan muy ba'os niveles de &umedad.

• Tosac!"#: – Etapa opcional "ue &a perdido importancia. – Aumenta la capacidad de fusin. – Actualmente se usan reactores de lec&o fluidizado.

F$s!"#: – (oncentrado y fundentes se calientan &asta alcanzarel estado lí"uido.

– )e produce la separacin de fases una sulfurada rica

en el metal y otra oxidada pobre de metal. – Aumenta la concentracin del metal a recuperar.

• Co#%e&s!"#: – *xidacin del ba+o fundido para eliminar azufre y

&ierro presentes en la fase sulfurada. – *btener cobre relativamente puro.

• P!&o'&e(!#ac!"# o &e(!#ac!"# )&*!ca: – A'usta el contenido de impurezas presentes.

Secado

Tosac!"#

F$s!"#

Co#%e&s!"#

P!&o'&e(!#ac!"#

(oncentrados

(átodos

undentes

Escoria

Escoria )*-

-00 /00 00 100 2000 2-00 3 45(6

Secado

Tosac!"#

F$s!"#

Co#%e&s!"#

Re(!#ac!"#

PROCESOS CLASICOS DE PIROMETALURGIA

TOSTACION

FUSION

CONVERSION

PIROREFINACION

Q +,- Q +'-

La secuencia clásica es una sucesin alternadade etapas endot7rmicas y exot7rmicas.• Las más relevantes son fusin y conversin.• Aumento paulatino de la temperatura y de la

presin de oxí$eno en el sistema fundido.• 8oseen constantes de e"uilibrio muy altas.• La cin7tica de reaccin es muy rápida.•

El tiempo de residencia es muy corto.• El precio de los combustibles incentiva la

aparicin de nuevos procesos "ue a$rupanfusin y conversin en una sola etapa.

PROCESOS PIROMETALURGICAS

• La con'uncin de procesos permite – tilizar el calor $enerado por las reacciones de

oxidacin para fundir el concentrado slido. – 8roducir en forma continua efluentes $aseosos más

concentrados. – :eutralizar con mayor facilidad los $ases txicos y

disminuir la contaminacin.

• usin y conversin desarrollados por separado

en reactores de ba'a eficiencia ener$7tica, se &antransformado a procesos continuos e inte$rados.• El &orno reverbero se reemplaza por e"uipos de

fusin en ba+o y flas& :oranda, *uto;umpu, etc.

N$e%os P&ocesos P!&o*ea/&0!cos

SECADO

FUSION'CONVERSION+1&a Eaa-

CONVERSION +2da Eaa-

PIRORREFINACION

Q +,- Q +'-

SECADO DE CONCENTRADOS

Etapa en "ue se elimina a$ua del concentradopor accin del calor para lle$ar al nivel de&umedad re"uerido.

• 8ara casos específicos, el $rado de &umedad

del concentrado es un parámetro importante.• En procesos de fusin flas&, el concentrado se

alimenta mediante una suspensin en aireenri"uecido o en oxí$eno.

• Los procesos *uto;umpu e <:(* consideranuna etapa de secado previa al tratamiento.

• Estos nuevos procesos re"uieren concentradoscon contenidos de &umedad inferiores al 0,-%.

HORNO SECADOR ROTATORIO

SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO

TOSTACION DE CONCENTRADOS

Etapa opcional "ue se aplica a concentrados deba'a ley y alto contenido de impurezas parafacilitar su tratamiento posterior.

• El concentrado se calienta a temperatura inferior

a la de su fusin en presencia de reactivos.• Entre =00 y 1005( se producen las reacciones

slido!$as, las cuales dependen de los productos.•

>odifica la composicin "uímica del concentradoy elimina ciertos componentes volátiles.• La tostacin de la mayoría de sulfuros ocurre sin

necesidad de aporte exterior de ener$ía.

CLASES DE TOSTACION

Tosac!"#

Red$co&a

O3!da#e

Co&$&a#e

?eactivos(arbn

idr$eno

?eactivo*xí$eno del aire

?eactivos(loro

(loruro de &idr$eno

TOSTACION OXIDANTE

• *xidacin de los sulfuros del concentrado conoxí$eno 4*-6 del aire para la eliminacin parcialdel azufre como an&ídrido sulfuroso 4)*-6.

• @urante la elevacin de la temperatura ocurren

)ecado &asta 2-05(. )e elimina el -* contenida. (alcinacin 2-0!/005(. )e eliminan compuestos

"uímicamente combinados.

3ostacin desde /005(. Ata"ue del *- a los sulfuros.

• 8roceso aut$eno ener$7ticamente debido a Alto porcenta'e de sulfuros presente en los

concentrados.

Elevadas entalpías de reaccin.

TOSTACION OXIDANTE

• La reaccin "uímica $eneral de la tostacin es

• @onde – > B >etal divalente 4(u-C, Dn-C, 8b-C6

– ) B Azufre, o ars7nico 4As6 o antimonio 4)b6• 3ostacin de calcosita, covelita, $alena y blenda

Kcal 94,79ΔH SOCuO1.5OCuS

Kcal ,7192ΔH 2SOOCuO5.1SCu

−=+→+

Kcal 99,29-H SOPbO1.5OPbS 22 =∆+→+

Kcal 106,19-H SOZnO1.5OZnS22

=∆+→+

2SOMO21.5OMS +→+

TOSTACION OXIDANTE

Las reacciones parciales de tostacin de la pirita,donde se elimina el azufre, son las si$uientes

• En atmsfera altamente oxidante se elimina todo

el azufre de la pirita para transformarla en e-*.

• FB !101,- Gcal, es decir 21 GcalH;$. de pirita.23222 8SOO2Fe11O4FeS +→+

4FeS4SO4O4FeS 222 +→+

4FeO4SO6O4FeS 22 +→+

322 O2FeO4FeO →+

TEMPERATURAS DE IGNICION

S$($&os Te*e&a$&a +4C-Ta*a5o +**.-

1 1'2 2 " *6s

8irita8irrotitaEstibina>olibdenita(inabrio

(alcosita Ar$entitaIlendaJalena

-=/=0-90-/01

/00=/K==/

/0==-=!!!

/K-=90/0=01/-0

K91K=K201/K

HORNO DE TOSTACION 7EDGE

HORNO DE LECHO FLUIDIZADO

PLANTA DE TOSTACION CON REACTORDE LECHO FLUIDIZADO

FUNDICI8N

8roceso en el "ue adiciona calor y fundentes alconcentrado para llevarlo al estado lí"uido ba'ociertas condiciones.

• El sistema fundido se separa en - fases li"uidas – >etal crudo, formado por el metal valioso. – Escoria, constituida por las sustancias est7riles.

• Los metales lí"uidos son solubles entre sí a altas

temperaturas.• El metal crudo contiene impurezas metálicas ydebe pasar por purificacin y refinacin.

• La escoria se descarta y envía al botadero.

FUNDICION DE METALES

F$#de#es

Co#ce#&ado

Esco&!a

Mea c&$do

A botadero

A refinacin

A tratamiento

E#e&09a

ESCORIA

)e forma a partir de la $an$a del mineral y de losfundentes apropiados "ue se a+aden.• ?eco$e la mayor parte de sustancias est7riles.• Está constituida por una variedad de sustancias

residuales de naturaleza "uímica no explicada.• La mayoría son silicatos y xidos solubilizados

"ue forman una solucin comple'a en fase #nica.•

)e producen en poco volumen y a costo mínimo.

Ga#0a F$#de#es Esco&!aC

PROPIEDADES DE LA ESCORIA

Peso esec9(!co: – @ebe ser el conveniente para la rápida separacin enuna fase distinta a la de los metales valiosos.

• V!scos!dad ($!de;: –

Alta viscosidad demora la separacin de las fases. – ?etiene $lbulos "ue $eneran p7rdidas de metal.

• F$s!<!!dad: – (ada compuesto de la $an$a posee alto 8to de fusin. – La mezcla de ellos permite disminuir el punto de fusin.

– 8ero la fusin para ser econmica, se debe realizar a lamínima temperatura para evitar el excesivo consumo

de combustible y el rápido deterioro de los refractarios.

DIAGRAMA DE FASES S!O2'CaO

COMPOSICION DE LA ESCORIA

:o existe teoría satisfactoria para su constitucin.• Es una solucin de xidos a temperatura elevada.• Los cálculos se basan en teorías "uímicas y datos

empíricos, siendo los componentes xidos.• Acidez y basicidad son propiedades de las

escorias con amplias aplicaciones en fundicin.• )in embar$o en las escorias no &ay C ni *!.•

La fusin se lleva con el tipo de escoria, se$#n laspropiedades re"ueridas 4fusibilidad, viscosidad6.• 3ambi7n se aplica a la seleccin del material del

revestimiento refractario de los &ornos.

CLASIFICACION DE LOS 8XIDOS ENLAS ESCORIAS

Ácidos Básicos Anfóteros

CaOM"O

FeOaOZnO#!O

eOMnO $a

CLASIFICACION DE LAS ESCORIAS

• Las escorias son silicatadas y no silicatadas.• La más com#n en fundicin es la silicatada.• ndice de silicatacin relacin entre oxí$enos.

S!!caada

S$<s!!caada

Mo#os!!caada

Ses=$!s!!caada

>!s!!caada

T&!s!!caada

2CaO.2FeO.S!O2

2FeO.S!O2

CaO.2FeO.2S!O2

CaO.FeO.2S!O2

CaOFeO.?S!O2

b&'!c(')*!+('l('enO*,"en(

',l!celaenO*,"en()n'!l!ca-ac!+en+!ce =

LECHO DE FUSION

• La fusin busca eliminar la mayor parte de $an$a.• La composicin de la $an$a no permite formar

una escoria con las propiedades deseadas.• 8or ello se a+aden sustancias llamadas fundentes.

• @eben ser de fácil obtencin y ba'o costo.• La mezcla de concentrado y fundentes conforma

el Mlec&o de fusinN o Mcama de fusinN.•

@eterminar la proporcin concentrado ! fundentesse denomina Mcálculo del lec&o de fusinN.• En los cálculos de la cantidad de fundente &ay "ue

considerar "ue los fundentes no son puros.

LECHO DE FUSION

(oncentrado undentesC B Lec&o de fusin

>ineralOalioso Jan$a C undentes EscoriaB

F$#de#es CaO

>6s!cos

@c!dos

(uarzo

Arena(aliza

@olomita

>a$nesita

ematita

8irita

FUNDICION DE CO>RE

• )e adiciona calor a la mezcla de concentrado yfundentes para "ue alcance el estado lí"uido.

• El sistema fundido se separa en - fases lí"uidas – Maa: mezcla de sulfuros "ue posee casi todo el cobre

in$resado en la alimentacin. – Esco&!a: $rupo de xidos con mínimo contenido de (u.

• La mata se encuentra constituida por (u, e y ).• En los cálculos se considera como una solucin

de (u-) y e).• Los sulfuros son miscibles por encima de 20005(.• 3ienen puntos de fusin inferiores a las escorias.

FUNDICION DE CO>RE

• El fundamento del proceso es el diferente $radode afinidad del azufre con los elementos.

• El orden de afinidad para su combinacin es elsi$uiente

(u e (o :i! )n Dn 8b A$ $ Au As )b.• La mata pasa a una etapa de conversin para

obtener cobre metálico mediante oxidacin.•

La escoria se caracteriza y se descarta para serdepositada en el botadero.• *ro y plata se disuelven en las matas, para ser

colectados y recuperados como subproductos.

FUNDICION DE CO>RE

F$#de#es

Co#ce#&ado

Esco&!a

A botadero

A refinacin

A tratamiento

E#e&09a

>ata (u-), e)Escoria )i*-, e*, e*/, (a*, >$*, Al-*

Jases )*-, :

-, (*, (*

FUNDICION DE CO>RE

En teoría el concentrado debería tener solo el )suficiente para combinarse con el (u, eliminar ele y alcanzar el mayor ratio de concentracin.

• En la práctica es imposible de'ar el peso exacto de

) para combinarse con (u, por las razones s$tes – El exceso de ) en la mata, como e), prote$e al (u de

la oxidacin y su consi$uiente disolucin en la escoria. – Eliminar alta proporcin de ) en tostacin es costoso. – La alta exotermicidad de la reaccin del e) sirve para

suministrar la ener$ía re"uerida para la conversin. – La mata con alto porcenta'e de (u tiene poco volumen

y no puede disolver y colectar Au y A$ adecuadamente.

DIAGRAMA DE FASES C$2S ' FeS

DIAGRAMA TERNARIO C$ Fe ' S

HORNO DE REVER>ERO

3ipo de &orno $eneralmente rectan$ular, siendosus dimensiones lar$o -K!/0 m. y anc&o =!9 m.• (ubierto por una bveda de ladrillo refractario

"ue refle'a el calor producido.• El combustible no está en contacto directo con la

car$a "ue se va a fundir ni con la masa fundida.• El calentamiento es indirecto por medio de una

llama insuflada sobre el material fundido.• )e utilizan para la fundicin tanto de metales

ferrosos como de metales no ferrosos, entre loscuales están cobre, ní"uel, aluminio y esta+o.

HORNO DE REVER>ERO

3ambi7n se emplean para la fusin de mezclasde metales para la obtencin de aleaciones comobronce y latn.

• 8or muc&os a+os fue utilizado para la fusin de

concentrados de cobre, pero ya está siendo porotros &ornos de las nuevas tecnolo$ías.

• Las paredes interiores situadas en la zona "ue

ocupan el ba+o fundido y las salidas de mata yescoria poseen refractarios de cromo!ma$nesita.• La bveda del &orno está formada por ladrillos

refractarios de ma$nesita!cromo

HORNO DE FUSION TIPO REVER>ERO

HORNO DE FUSION DE ARCO ELECTRICO

HERRAMIENTAS PARA MATA ESCORIA

VISTA LATERAL QUEMADOR DEL HORNO

CABA DE QUEMADOR

DAMPER DE AIRE

FUNDA DE QUEMADOR

>OQUILLA

VALVULA DE CORTEDE FLUBO

DIAGRAMA OPERACION DEL QUEMADOR

VAPOR DEATOMIZACION

PETROLEO

MEZCLADOR

TO>ERAINTERMEDIA

AIRE PRIMARIO

TO>ERA

DIAGRAMA OPERACION DEL QUEMADOR

PLACA DE GIRO

DEFLECTOR

PETROLEOATOMIZADO

HORNO REVER>ERO

GRUAPUENTE

TOLVAS DEALIMENTACION

ALIMENTADOR

TOLVAS DECONCENTRADO GRUA DE

MANTENIMIENTO

CANAL DERETORNO

DE ESCORIA

QUEMADORES

PRINCIPALES

QUEMADORVERTICAL

SALIDA DEGASES

CANAL DE SALIDA DE MATA CANAL DE SALIDA DE ESCORIA

OLLAS DEMATA

FABATRANSPORTADORA

HORNO REVER>ERO

ESCORIA DE REVER>ERO A >OTADERO

ESCORIA DE REVER>ERO AL >OTADERO

CONVERSION

• *xidacin rápida de una car$a lí"uida constituidapor metales o compuestos metálicos por mediode un flu'o de aire a presin.

• Los principios básicos son –

>ayor afinidad del oxí$eno por los diversos elementos"ue impurifican al metal valioso. – Autosostenimiento ener$7tico del proceso por"ue la

mayoría de reacciones son exot7rmicas.

La finalidad es separar el metal valioso de susimpurezas formando dos fases lí"uidas.

• )e aplica en las metalur$ias del &ierro, cobre,ní"uel y bismuto.

CONVERSION

8roceso usual en tratamiento de matas de cobre.• Adaptacin del m7todo Iessemer usado en e.• (onsiste en la oxidacin de la mata lí"uida "ue

proviene de la fusin.• Los sulfuros fundidos se introducen a 22005(.• El calor $enerado por la oxidacin del &ierro y del

azufre es suficiente para &acerlo aut$eno.• )e remueve &ierro y azufre de la mata, para

producir cobre blíster de alta pureza 491 99%6.• 8osteriormente el cobre se somete a procesos

de refinacin t7rmica yHo electrolítica.

CONVERSION

La conversin de la mata de cobre se lleva a caboen dos etapas• En la primera etapa se inyecta aire para producir

la oxidacin del &ierro 4e)6, se$#n la reaccin

2FeS , ?O2 2FeO , 2SO2 H '2?? ca

• El xido producido es escorificado mediante síliceformando un compuesto fayalítico más estable.

2FeO , S!O2 2FeO.S!O2 H 'J ca

DIAGRAMA DE ELLINGHAN

CONVERSION

• En la se$unda etapa ocurre la reaccin deoxidacin del (u-), produci7ndose cobre blístery un $as rico en )*-.

C$2S , O2 2C$ , SO2 H ,K ca

• La mayor afinidad del oxí$eno por el &ierro "ue

por el cobre provoca la oxidacin selectiva dele) en la primera etapa y del (u-) en la #ltima.

DIAGRAMA >INARIO C$ S C$

DIAGRAMA >INARIO C$2S ' C$

CO O S

CONVERTIDORES

8ara conversin de matas de cobre se empleaconvertidores &orizontales.• El convertidor 8ierce )mit& es el más utilizado.• (onstituido por una carcasa cilíndrica formada

por c&apas de acero.• La carcasa puede $irar debido a "ue posee un

aro dentado "ue se une al motor a trav7s del

reductor.• El revestimiento interno está conformado porladrillos refractarios de ma$nesita y cromo!ma$nesita.

CONVERTIDOR PIERCE SMITH

AIRE DE PROCESO

GASES DE

CONVERSION

LINEA DE

TOBERAS

CAMPANA EXTRACTORA

DE GASES

OLLA DE

SISTEMA

MOTRI LARGO !"#$%&

RODILLOS

PISTA DE

RODAD'RA

BOCA DEL

CONVERTIDOR

DIAMETRO

TAMBOR(!#

CORONA

LATERAL

TAMBOR

T'BOS DE

DISTRIB'CION

DE AIRE)'NTA

ROTATIVA

COMP'ERTA

DE CAMPANA

CONVERTIDOR MODIFICADO EL TENIENTE +CMT-

ESCORIA

METAL >LANCO

GASES DESALIDA

CONC.SILICAM. FRIO

GAR'GUN

ALIMENTADOR

AIRE, OXIGENO

TO>ERAS

CONVERTIDOR MODIFICADO E TENIENTE

CONVERTIDOR MODIFICADO E TENIENTE+CMT-

MOLDEO DE CO>RE

COLADA DE CO>RE >LISTER EN RUEDA

COLADA DE CO>RE >LISTER EN RUEDADE MOLDEO

DIAGRAMA DE FLUBO FUNDICION DE ILO

(A>A) @E (*:(E:3?A@*

*?:*) @E?E3E:(<*:

CO>RE AMPOLLOSOA REFINERIA PUERTO

PLANTA DEOXIGENO

L.*.P )*8LA@*?46

CONVERTIDORESPEIRCE SMITH

(<>E:EA

CAMARA DEENFRIAM.

C.M.T.

OE:3<LA@*?@E JA)E)(AL<E:3E)

3*LOA)4/6

AREA DE PREPARACIONDE MATERIALES AREA DE FUNDICION PLANTA DE ACIDO

REVER>EROS+2-

CALDERO

E)(*?<A AI*3A@E?*

SECCION DE CONTACTOIALA:DA

O*L3EA@*?@E (A??*)

:@E:3E)

(*:(E:3?A@*

(*:OE?3<@*?

3*??E @E

AI)*?(<*:

SECCION DE LIMIPIEZA

LAOA@*?@E JA)E)

A LIXIVIACION

A(<@*)L?<(*

3A:QE) @E AL>A(E:A><E:3*

(*:(E:3?A@*

>E3ALILA:(*

>A3AE)(*?<A @E (*:O.

A(<@* @EI<L A:E3?AL<DA(<*:

3*??E @E)E(A@*

8.E.E:?<A@*?

RUEDA DE MOLDEO+2-

)<L<(A ?<*

LEENDACONCENTRADOESCORIAAIRE ENRIQUECIDOOXIGENOGAS A PLANTA DE ACIDOGAS A CHIMENEAMATA

FUNDENTEACIDO SULFURICO

3A:QE @E AL>A(E:A><E:3*

:@<(<*:

)*8LA@*?

)<L<(A ?<*

PLANTA DE CHANCADO

DA?A:@AO<I?A3*?<A

3*LOA (A:(A@*?A(*:<(A

(A:(A@*?A@E Q<RA@A

3?<88E?

8<LA) @E >A3E?<AL

3?<88E?

)<L<(A

SILICA ACMT CONV.

)*8LA@*?426

Oentilador 4-6

8etrleo

DISPOSICION DE LA FUNDICION DE ILO

8lanta Acido S2

8lanta de3ratamiento

de Efluentes S2

8lanta*xi$eno S2

3oma de A$ua de >ar

ornos?everberos

(onvertidores8eirce )mit&

?eactor (>3

8lanta de

>oldeo :orte

8lanta de>oldeo )ur

DISPOSICION DE LA FUNDICION DE ILO

FUNDICION DE ILO

NUEVA TECNOLOGIA FUSION'CONVERSION

F$s!"# e# <a5o

F$s!"# !#*ed!aa

No&a#da

Isas*e

M!s$<!s!

O$o$*$

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