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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

PRACTICA CURSO

: METALURGIA EXTRACTIVA Y FISICA

DOCENTE

: FELIX ALBERT VILLAVICENCIO RAMON

ALUMNO

: PARIONA CAHUANA EDITH RAQUEL

FECHA

: 08/06/2020

En un horno mecánico tipo WEDGE, se tuestan concentrados de cobre. Los concentrados están compuestos de:



Calcopirita (FeCuS2)

32 %



Calcosina (Cu2S)

7%



Pirita (FeS2)

35 %



Sílica (SiO2)

18 %



Agua (H2O)

8%

Asuma que todo el hierro se oxida a hematita (Fe2O3) y la mitad de cobre a CuO, permaneciendo el resto como Cu2S (calcosina). Los gases analizan 12% de oxígeno y salen del horno a 400 °C y la calcina a 500 °C. Asuma 0 °C como la temperatura a la que ingresa el aire y los concentrados. No se usa combustible. Calcula:

a) El peso del mineral tostado por tonelada de concentrado. b) Porcentaje de azufre en el mineral tostado y el porcentaje de azufre eliminado del peso original. c) El volumen de aire usado, por tonelada de concentrado. d) El % de exceso de aire sobre el requerimiento teórico. e) La composición en % de los gases. f) Balance de materia del horno.

SOLUCION: Asumimos que el mineral que ingresa al horno es de 100 Kg Concentrado de cobre T=0°C 𝐹𝑒𝐶𝑢2 𝑆 = 320 𝐾𝑔 𝐶𝑢2 𝑆

= 70 𝐾𝑔

𝐹𝑒𝑆2

= 350 𝐾𝑔

𝑆𝑖2 0

= 180 𝐾𝑔

𝐻2 𝑂

=80 𝐾𝑔

HORNO MECÁNICO TIPO WEDGE

Gases a 400°C

Calcita a 500°C

A. El peso del mineral tostado por tonelada de concentrado Calculando el peso molecular: 𝐹𝑒𝐶𝑢2 𝑆 = 184 𝐾𝑔 𝐶𝑢2 𝑆

= 160 𝐾𝑔

𝐹𝑒𝑆2

= 120 𝐾𝑔

𝑆𝑖2 0

= 61 Kg

𝐻2 𝑂

= 18 Kg

Cuando se oxida el Fe en 𝑭𝒆𝟐 𝑶𝟑 Para esto sacamos con una regla de tres 184𝑘𝑔𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 − 56𝑘𝑔𝐹𝑒 320𝑘𝑔𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 − 𝑥𝑘𝑔𝐹𝑒 𝒙 = 𝟗𝟕. 𝟒𝒌𝒈𝑭𝒆 120𝑘𝑔𝐹𝑒𝑆2 − 56𝑘𝑔𝐹𝑒 350𝑘𝑔𝐹𝑒𝑆2 − 𝑦𝑘𝑔𝐹𝑒 𝒚 = 𝟏𝟔𝟑. 𝟑𝒌𝒈𝑭𝒆 Seguidamente sumaremos 𝐾𝑔 𝐹𝑒 = 97.4 𝑘𝑔 𝐹𝑒 + 163.3 𝑘𝑔 𝐹𝑒 𝐾𝑔 𝐹𝑒 = 260.7𝑘𝑔 𝐹𝑒

Una vez obtenido la cantidad de Fe se hallará con regla de tres y se obtendrá la cantidad de Hematita 260.7𝑘𝑔𝐹𝑒 − 𝑥𝑘𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 112𝑘𝑔𝐹𝑒2 − 160𝑘𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 𝒙 = 𝟑𝟕𝟐. 𝟒𝒌𝒈𝑭𝒆𝟐 𝑶𝟑 Cuando se oxida el 𝑪𝒖 en 𝑪𝒖𝑶 184𝑘𝑔𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 − 64𝑘𝑔𝐶𝑢 320𝑘𝑔𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 − 𝑥𝑘𝑔𝐶𝑢 𝒙 = 𝟏𝟏𝟏. 𝟑 𝒌𝒈 𝑪𝒖 160𝑘𝑔𝐶𝑢2 𝑆 − 128𝑘𝑔𝐶𝑢 70𝑘𝑔𝐶𝑢2 𝑆 − 𝑥 𝒙 = 𝟓𝟔𝒌𝒈𝑪𝒖

Seguidamente sumaremos 𝐾𝑔 𝐶𝑢 = 111.3 𝑘𝑔 𝐶𝑢 + 56 𝑘𝑔 𝐶𝑢 𝐾𝑔 𝐶𝑢 = 167.3 𝑘𝑔 𝐶𝑢

Una vez obtenido la cantidad de Cu se hallará con regla de tres y se obtendrá la cantidad de 𝐶𝑢𝑂 167.3𝑔𝐶𝑢 − 𝑥𝑘𝑔𝐶𝑢𝑂 64𝑘𝑔𝐶𝑢 − 80𝑘𝑔𝐶𝑢𝑂 𝒙 = 𝟐𝟎𝟖. 𝟖𝒌𝒈𝑪𝒖𝑶 𝟐𝟎𝟖. 𝟖𝒌𝒈𝑪𝒖𝑶 {

104.4 𝑘𝑔 𝐶𝑢𝑂 } 104.4𝐾𝑔 𝐶𝑢2 𝑂

Kg del mineral tostado 372.4𝑘𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 104.4 𝑘𝑔 𝐶𝑢𝑂 104.4𝐾𝑔 𝐶𝑢2 𝑂 180 𝐾𝑔 𝑆𝑖𝑂

𝟕𝟔𝟏. 𝟐𝒌𝒈 𝒎𝒊𝒏𝒆𝒓𝒂𝒍 𝒕𝒐𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐

B. Porcentaje de azufre en el mineral tostado y el porcentaje de azufre eliminado del peso original. 160𝑘𝑔𝐶𝑢2 𝑆 − 32𝑘𝑔𝑆 104.4𝑘𝑔𝐶𝑢2 𝑆 − 𝑥𝑘𝑔𝑠 𝒙 = 𝟐𝟎. 𝟗𝒌𝒈𝑺 Para el % de Azufre en el mineral 761.2𝑘𝑔𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑛𝑎 − 100% 20.91𝑘𝑔𝑆 − 𝑥% 𝒙 = 𝟐. 𝟕𝟒𝟓𝟓% El % para el Azufre eliminado Kg de S en el concentrado

160𝑘𝑔𝐶𝑢2 𝑆 − 32𝑘𝑔𝑆 70𝑘𝑔𝐶𝑢2 𝑆 − 𝒙 𝒙 = 𝟏𝟒𝑲𝒈𝑺 184𝑘𝑔𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 − 64𝑘𝑔𝑆 320𝑘𝑔𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 − 𝒙 𝒙 = 𝟏𝟏𝟏. 𝟑𝒌𝒈𝑺 120𝑘𝑔𝐹𝑒𝑆2 − 56𝑘𝑔𝑆 350𝑘𝑔𝐹𝑒𝑆2 − 𝒙 𝒙 = 𝟏𝟖𝟔. 𝟕𝒌𝒈𝑺 Kg de S total en el concentrado 14𝐾𝑔𝑆 111.3𝑘𝑔𝑆 186.7𝑘𝑔𝑆

𝟑𝟏𝟐 𝑲𝒈𝑺 Seguidamente restamos 312 𝐾𝑔𝑆 − 20.9𝑘𝑔𝑆 = 291.1 𝑘𝑔 𝑆 311.9713𝑘𝑔𝑆 − 100% 291.0613𝑘𝑔𝑆 − 𝑥 𝒙 = 𝟗𝟑. 𝟐𝟗𝟕%

C. El volumen de aire usado, por tonelada de concentrado. Se necesita oxígeno para la formación de la calcita : 𝐹𝑒2 𝑂3 y 𝐶𝑢𝑂 Ecuación de la Rx1: 2𝐹𝑒𝐶𝑢𝑆2 + 4𝐶𝑢𝑂 + 17𝑂2 → 2𝐹𝑒2 𝑂3 + 8𝐶𝑢𝑂 1𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑔 𝐹𝑒2 𝑂3 3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑘𝑔𝑂2 16𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑂2 372.4𝑘𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 ∗ ( )∗( )∗( ) 160 𝑘𝑔𝐹𝑒2 𝑂3 1𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑔 𝐹𝑒2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔𝑂2 = 111.6 𝑘𝑔 𝑂2 Pero como nos pide en volumen es en 𝑚3 111.6 𝑘𝑔 𝑂2 ∗ (

22.4 𝑚3 𝑂2 ) = 78.12𝑚3 𝑂2 32 𝑘𝑔𝑂2

Ecuación de la Rx2: 𝐶𝑢2 𝑆 + 2𝑂2 − 2𝐶𝑢𝑂 + 𝑆𝑂2 16𝐾𝑔𝑂2 104.4𝑘𝑔 𝐶𝑢𝑂 ∗ ( ) = 21𝐾𝑔𝑂2 79.5 𝐾𝑔 𝐶𝑢𝑂

Pero como nos pide en volumen es en 𝑚3 21𝐾𝑔𝑂2 ∗ (

22.4𝑚3 𝑂2 32 𝑘𝑔𝑂2

) = 14.7 𝑚3 𝑂2

Ecuación de la Rx3: 2𝐹𝑒𝑆2 +

11 𝑂 − 𝐹𝑒2 𝑂3 + 4𝑆𝑂2 2 2

64𝑘𝑔𝑆𝑂2 291.1 𝑘𝑔 𝑆 ∗ ( ) = 582.2𝐾𝑔𝑆𝑂2 32𝐾𝑔𝑆 32𝑘𝑔𝑂2 582.2𝐾𝑔𝑆𝑂2 ∗ ( ) = 291.1𝑘𝑔 𝑂2 64𝐾𝑔𝑆𝑂2 Pero como nos pide en volumen es en 𝑚3 22.4𝑚3 𝑂2 291.1𝑘𝑔 𝑂2 ∗ ( ) = 203.77𝑚3 32 𝑘𝑔𝑂2 Seguidamente sumamos las cantidades de 𝑂2 de las Rx 78.12𝑚3 𝑂2 14.7 𝑚3 𝑂2 203.77𝑚3

𝟐𝟗𝟔. 𝟓𝟗𝒎𝟑 𝑶𝟐

12%𝑶𝟐 Sumatoria= 𝟐𝟗𝟔. 𝟓𝟗

𝑶𝟐 𝟎.𝟐𝟏

= 𝟏𝟒𝟏𝟐. 𝟑𝟑𝒎𝟑 𝒂𝒊𝒓𝒆 𝒖𝒔𝒂𝒅𝒐

D. El % de exceso de aire sobre el requerimiento teórico. El oxígeno es de 12% 12 = 57.1% 100

Porcentaje de los gases en exceso entonces se restará con el 100% 100% − 57.1% = 42.9%

Hallamos el volumen de los gases sin exceso del aire Para el S 291.1 𝑘𝑔 𝑆 ∗ (

22.4𝑚3 𝑆 ) = 203.77𝑚3 𝑆 32𝑘𝑔𝑆

Para el 𝑁2 1412.33𝑚3 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑢𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗ 0.21 = 296.59𝑚3

Para el 𝐻2 𝑂 80 𝐾𝑔 𝐻2 𝑂 ∗ (

22.4𝑚3 𝐻2 0 ) = 99.56𝑚3 18𝑘𝑔𝐻2 𝑂

El total de gases sin exceso de aire 599.92𝑚3 Entonces hallamos volumen del aire incluyendo el exceso 599.92𝑚3 = 1398.41𝑚3 0.429

Seguidamente hallaremos el volumen en exceso 1398.41𝑚3 − 599.92𝑚3

= 798.48𝑚3 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜

Aire teórico 1412.33𝑚3 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑢𝑠𝑎𝑑𝑜 Aire por tonelada de concentrado =1412.33𝑚3 + 798.48𝑚3 Aire por tonelada de concentrado 2210.81𝑚3 %𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 =

798.48𝑚3 𝑥100 = 56.53% 1412.33

E. La composición en % de los gases. 203.77𝑚3 𝑆𝑂2 𝑂2 = 599.92𝑚3 ∗ 0.21 = 125.98 𝑚3 𝑁2 = 2210.81𝑚3 ∗ 0.79 = 1746.54 𝑚3 𝐻2 0 = 99.56𝑚3 Seguidamente hallamos el volumen total 2175.85 203.77 %𝑆𝑂2 = ∗ 100 = 9.36% 2175.85 %𝑂2 = 𝑁2 =

125.98 ∗ 100 = 5.79% 2175.85

1746.54 ∗ 100 = 80.27% 2175.85

𝐻2 0 =

99.56 ∗ 100 = 45.71% 217.85