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2020

ETAPAS DE LA PIROMETALURGIA

ASIGNATURA: PIROMETALURGIA CATEDRÁCTICO: ING. ORTIZ JAHN, César ESTUDIANTE: HUAMAN MENDOZA, Mishell Estefany

FIMM-UNCP

CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 2 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 3 FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................................. 4 1. ¿QUÉ ES PIROMETALURGIA? ............................................................................... 4 2. ¿EN QUÉ CONSISTE? ............................................................................................... 4 3. ¿QUÉ TEMPERATURAS MANEJA? ....................................................................... 4 4. CLASIFICACIÓN ....................................................................................................... 4 4.1.

PROCESAMIENTO EN ESTADO SÓLIDO...................................................... 4

4.2.

PROCESAMIENTO EN ESTADO LÍQUIDO.................................................... 4

5. ETAPAS DE LA PIROMETALURGIA ..................................................................... 4 5.1.

SECADO .............................................................................................................. 4

5.2.

CALCINACIÓN .................................................................................................. 5

5.3.

TOSTACIÓN ....................................................................................................... 5

5.4.

FUSIÓN ............................................................................................................... 6

5.5.

CONVERSIÓN .................................................................................................... 7

5.6.

AFINO PIROMETALÚRGICO .......................................................................... 7

5.7.

DESTILACIÓN PIROMETALÚRGICA ............................................................ 7

6. PRINCIPALES VARIABLES EN PIROMETALURGIA ......................................... 8 7. VENTAJAS ................................................................................................................. 8 8. DESVENTAJAS ......................................................................................................... 8 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 9 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 10 ANEXOS .............................................................................................................................. 11

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INTRODUCCIÓN Después de la exploración del yacimiento, el mineral es entregado al ingeniero metalúrgico extractivo, quien para convertirlo en metal debe seguir tres pasos por lo menos: Separación del mineral y la ganga, que es una operación de mineralurgia. Tratamiento químico preliminar que produce un compuesto adecuado para la reducción del metal. Reducción a metal, posiblemente con un tratamiento después de la refinación. Para separar el mineral de la ganga primero se pasa a una etapa de conminución (chancado + molienda), seguido de la clasificación que puede ser con cribas o tamices en seco, donde se separan los gruesos de los finos, y a veces es necesario volver a aglomerar los finos a un tamaño adecuado y un método sería la sinterización. La concentración del mineral, para llevarlo al proceso se puede hacer gravimétricamente usando corrientes de agua (calones, mesa Wilfley, etc.) o de aire (ciclones), por separación eléctrica, magnética, flotación (donde un tipo de partícula flota por medio de reactivos y los demás se sedimentan), por reacciones químicas o por algún otro método según el tipo de mineral y las necesidades del proceso. El mineral concentrado se puede tratar por calcinación y tostación (donde el mineral sulfuroso se convierte en óxido), por lixiviación u otros procesos químicos o electroquímicos. La reducción del mineral preparado se efectúa por pirometalurgia (se da en hornos y convertidores de distinto tipo) o hidrometalurgia (se da por medios químicos o electroquímicos). Al final del proceso se tiene un metal o aleación.

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OBJETIVOS  Conocer y aprender los conceptos básicos de la asignatura de pirometalúrgia.  Sintetizar con nuestras propias ideas las etapas de la pirometalúrgia.

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FUNDAMENTO TEÓRICO 1. ¿QUÉ ES PIROMETALURGIA? Es una rama de la metalurgia extractiva que se encarga de la obtención y purificación (o refinación) de los metales a través de la utilización de calor. 2. ¿EN QUÉ CONSISTE? La pirometalurgia consiste en extraer, del mineral, un metal mediante su separación de la ganga para finalmente purificarlo o refinarlo. (La ganga es el material que se descarta al extraer la mena de un yacimiento de mineral) 3. ¿QUÉ TEMPERATURAS MANEJA? Un proceso pirometalúrgico se debe realizar bajo una temperatura que oscila los 950°C. • La energía calorífica se obtiene de la reacción exotérmica de alguna variedad de carbón como el coque. 4. CLASIFICACIÓN 4.1.PROCESAMIENTO EN ESTADO SÓLIDO En este procesamiento no implica ninguna fusión y por lo tanto se transporta a un rango de temperatura de 500°C a 1200°C. Ejemplo:  Tostación de sulfuros, calcinación y reducción en estado sólido de óxido metálico por CO, H2, etc. 4.2.PROCESAMIENTO EN ESTADO LÍQUIDO En este procesamiento implica fusión por lo menos en la fase que contiene el metal y se lleva a cabo a una temperatura por encima de los 1200°C. Ejemplo:  Fundición de altos hornos  Fundición de acero  Refinación del Zinc a partir de plomo impuro 5. ETAPAS DE LA PIROMETALURGIA 5.1.SECADO    

Por medio de este proceso se elimina la humedad del material. Se les trata con gases calientes productos de la combustión de combustibles fósiles. La temperatura del proceso es de 105 °C Hay diversidad de equipos para este proceso como el secador de banda.

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FIMM-UNCP 5.2.CALCINACIÓN Es la descomposición térmica de un mineral en sus óxidos formadores por la acción de calor. Su finalidad es eliminar del mineral la materia estéril de naturaleza gaseosa, facilitando así la posterior reducción. Aquí no hay fusión ni evaporación 5.2.1. TIPOS DE CALCINACIÓN 5.2.1.1.SIN MODIFICACIÓN QUÍMICA Su finalidad es modificar las condiciones físicas del mineral 5.2.1.2.CON MODIFICACIÓN QUÍMICA Pretende la descomposición química y también se le denomina tostación. 5.3.TOSTACIÓN Pretende una modificación química. En este proceso la temperatura provoca reacciones químicas entre el gas y el sólido. 5.3.1. TIPOS DE TOSTACIÓN 5.3.1.1.SIMPLE En este proceso solamente intervienen mena y combustible. Hay un calentamiento sin fusión de la mena. El metal queda combinado y en forma sólida. Se usa para menas en forma de carbonatos o sulfatos. 5.3.1.2.OXIDANTE En este proceso hay calentamiento sin fusión de una mena en contacto con oxígeno del aire o un compuesto químico que al descomponerse proporcione oxígeno. Se necesita una concentración de oxígeno grande para que la reacción sea más rápida y haya menor pérdida. La temperatura oscila entre 500 y 950°C 5.3.1.3.CLORURANTE Transforma una mena en un cloruro soluble o volátil para su posterior tratamiento. Entre los agentes que se utilizan están: Cloruro de sodio (NaCl), Cloruro de magnesio (MgCl2), Cloruro de Calcio (CaCl2).

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FIMM-UNCP 5.3.1.4.CARBURANTE Es un tratamiento térmico para los aceros que consiste en modificar su superficie para aumentar las propiedades mecánicas como la dureza. Existen 2 procesos de tostación carburante:  Cementación (se añade carbono)  Carbonitruración (se añado carbono y nitrógeno) 5.3.1.5.MAGNETIZANTE Su objetivo es transformar óxido de hierro (Fe2O3) en magnetita (Fe3O4). O sea, de un material no magnético a magnético por medio de calentamiento. Posibilita la separación y concentración magnética posterior. 5.3.1.5.1. PROCESO Se realiza en un horno rotatorio a contra- corriente. El combustible es quemado en una atmósfera pobre en oxígeno. Este genera calor y los gases reductores para la transformación química

5.4.FUSIÓN Es un proceso de concentración, en el que una parte de las impurezas de la carga se reúnen formando un producto ligero llamado escoria. El objetivo de la fusión es lograr un cambio de estado sólido de los concentrados y precipitados por medio de calor (1200 a 1400°C) a fase líquida. Este proceso permite la formación de dos fases conocidas como:  Eje, mata o arrabio: Formada principalmente por compuesto de Cu2S y FeS. 6

FIMM-UNCP  Escoria: Es una masa fundida de minerales de ganga y del fundente agregado. La escoria al tener un menor peso que el arrabio se deposita en la parte superior. La cantidad de arrabio producido depende del contenido de azufre que obtenga la carga, ya que este elemento se une químicamente a los elementos metálicos como el cobre o el hierro en el horno. 5.5.CONVERSIÓN El objeto de la Conversión es que los productos obtenidos de la fusión tengan una alta pureza (Conversión de Eje o arrabio). Para esto se utilizan hornos convertidores como el convertidor Bessemer-Thomas para metalurgia ferrosa y el Pierce-Smith para metalurgia no ferrosa. Este es un proceso discontinuo, en el que una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recargar el material. 5.5.1. ¿EN QUÉ CONSISTE LA CONVERSIÓN? El arrabio, que es una mezcla de sulfuro de hierro, sulfuro de cobre y óxidos de hierro, se procesan en dos etapas bien diferenciadas hasta llegar a un punto donde se eliminan los metales distintos a los que se requieren por la oxidación producida al insuflar aire al interior.

PRIMERA ETAPA: Escorificación. Etapa en la cual se eliminan por oxidación a la escoria y los gases generados. Luego de la formación de la escoria, esta debe retirarse.

SEGUNDA ETAPA: Descarburación: Se insufla oxigeno soplado para oxidar al carbono para mejorar la calidad del arrabio.

TERCERA ETAPA: Re carburación: Se prolonga el proceso

5.6.AFINO PIROMETALÚRGICO El afino es el proceso de descarburización y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la obtención del acero. 5.7.DESTILACIÓN PIROMETALÚRGICA Se usa en la destilación del mercurio combinado con otro metal (por ejemplo, Oro), formando así una amalgama, después pasa a la retorta que es un equipo de destilación, en el cual se evapora el mercurio y se condensa, obteniendo el oro puro; la operación no supera los 400°C. Piro metalúrgicamente hablando es una mala operación ya que contamina mucho el medio ambiente 7

FIMM-UNCP 6. PRINCIPALES VARIABLES EN PIROMETALURGIA Tipo de proceso Temperatura Combustión Reacciones de oxidación-reducción Reactores (Hornos) Materiales refractarios Fundentes Escorias Termodinámica Cinética y mecanismos de reacción 7. VENTAJAS    

Velocidades de reacción muy rápidas. Se pueden procesar grandes cantidades de mineral. Ideal para tratamiento de materias primas complejas y heterogéneas. El proceso es fácilmente controlable si se cuenta con el equipo indicado.

8. DESVENTAJAS  Aunque hay una reacción rápida, ésta tiene poca selectividad. Es decir, resultan materiales impuros.  Bajo rendimiento de las reacciones químicas.  A veces es necesario repetir las etapas, lo que implica mucho gasto de energía  Son procesos altamente contaminantes ya que emanan mucho CO2 y sulfuros (SO2).  Tiene un consumo energético elevado, por lo tanto, se limita a minerales de alta ley. (Un mineral de alta ley es aquel que tiene un grado de pureza elevado de un metal determinado).

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CONCLUSIONES La pirometalurgia se emplea mucho porque es más rápida y puede procesar grandes cantidades de mineral y su punto débil es lo ambiental, ya que, son altamente contaminantes, pues emiten SO2 (anhídrido sulfuroso) y CO2 (anhídrido carbónico). El afino pirometalurgico es el arte por excelencia de la metalurgia, ya que antes no se usaba hidrometalurgia ni electrometalurgia, como por ejemplo el oro.

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BIBLIOGRAFÍA https://es.slideshare.net/keviidc/proceso-pirometalurgico-e-hidrometalurgico https://es.wikipedia.org/wiki/Pirometalurgia Diapositivas proporcionadas por el ingeniero.

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ANEXOS

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