Pirometalurgia

Taller de Balances de Masa y Energía Ingeniería de Minas y Metalurgia Pirometalurgia 1. Un mineral cuya composición es 55,0% FeCuS2, 30,0% FeS2 Y 15,0% de ganga, se trata por tostación a muerte ( combustión completa del S ), como indican las reacciones siguientes: 2 CuFeS2 + 13/2 O2 = Fe2O3 + 2 CuO + 4 SO2 2 FeS2 + 11/2 O2 = Fe2O3 + 4 SO2 Para ello, se emplea un exceso de aire (21% O2 y 79 % N2), sobre el teóricamente necesario, del 200%. Calcular, por tonelada de mineral tratado a.- Volumen de SO2 producido b.- Volumen de aire empleado. c.Composición centecimal volumétrica de los gases que se desprenden. d.Composición de material tostado. P. Atómico: Cu = 63,5; O = 16; S = 32; Fe = 56 P. molecular: FeS2 = 120; FeCuS2 = 183,5; Fe2O3 = 160; CuO = 79,5 Kmoles Compuesto % Kmol O2 CuO Fe2O3SO2 FeCuS2 55 3 9,75 3,0 1 ,50 6,0 FeS2 30 2,5 6,88 1 ,25 5,0 Ganga 15 TOTAL 16,63 3,0 2,75 11,0 SOLUCIÓN. a.11 Kmol (SO2) * 22,4 m3/Kmol = 246,4 m3 de SO2. b.16,63 Kmol (O2) * 22,4 m3/Kmol = 372,5 m3 372,5 m3 O2 * 100 aire/21 O2 * 3 = 5321 m3 aire. c.(5321 m3 (aire) - 372,5 m3 (O2 gastado)) + 246,4 m3 (SO2) = 4948,5 + 246,4 = 5194,9 m3 de gases. m3 de O2 que salen por chimenea: 372,5 * 2 = 745 m3de N2 que salen por chimenea: 4948,5 - 745 = 4203,5 m3 de SO2 que salen por chimenea: 246,4 Luego la composición será: 4,8% SO2, 14,3% O2 y 80,9% N2 d.2,75 Kmoles de Fe2O3 * 160 Kg/Kmol = 440 Kg Fe2O3 3 Kmoles de CuO * 79,5 Kg/Kmol = 238,5 Kg CuO 550 Kg de ganga, Peso total de sólidos a la salida: 828,5 Kg 53,1% Fe2O3, 28,8% CuO y 18,1% Ganga. 2. Un mineral de Cobre, está compuesto por Calcosina(Cu2S) 23,8%, Pirita (FeS2) 36,0%, Carbonato Cálcico (CaCO3) 10,0%, Sílice (SiO2) 26,6% y humedad 3,6%. Se tuesta este mineral a muerte (combustión completa del S), como indican las reacciones siguientes. El aire empleado es el doble del estequiométrico necesario para la oxidación. Cu2S + 2 O2 = 2 CuO + SO2 CaCO3 = CaO + CO2 2 FeS2 + 11/2 O2 = Fe2O3 + 4 SO2 Determínese, por Tm de mineral brutotratado:

a.- Volumen de aire empleado. b.- Volumen de los gases húmedos producidos. c.- Composición del material tostado y su ley en Cobre. P. atómico: Cu = 63,5; O = 16; S = 32; Fe = 56; Ca = 40. P. molecular: FeS2 = 120; Cu2S = 159; SiO2 = 60; Fe2O3 = 160; CuO = 79,5; CaO =56; CaCO3 = 100. Kmoles Compuesto Kmol O2 CuO Fe2O3 SO2 CO2 CaO SiO2 H2O Cu2S 1,50 3,00 3,0 1,5 FeS2 3,00 8,25 1,50 6,0CaCO3 1,00 1,0 1,0 SiO2 4,43 4,43 H2O 2,00 2,00 TOTAL 11,25 3,0 1,50 7,5 1,0 1,0 4,43 2,00

SOLUCIÓN. a.- 11,25 Kmol (O2) * 22,4 m3/Kmol = 252 m3 O2 252 m3O2 * 100 aire/21 O2 = 1200 m3 aire. Exceso del 100%: 1200 m3 aire * 2 = 2400 m3 aire. b.- (2400 m3 (aire) - 252 m3 {O2 gastado)) + 7.5 Kmol (SO2) * 22.4 m3/Kmol + 2 Kmol* 22.4 m3/Kmol (H2O) + 1 Kmol* 22.4 m3/Kmol (CO2) = (2400 m3 (aire) - 252 m3{O2 gastado)) + 168 m3 (SO2) + 44,8 m3 (H2O) + 22,4 m3 (CO2) = 2383 m3 de gases húmedos. c.3 Kmol CuO * 79,5 Kg/Kmol CuO + 1,5 Kmol Fe2O3 * 160 Kg/Kmol Fe2O3 + 1 Kmol CaO * 56 Kg/Kmol CaO + 266 Kg SiO2 = 238,5 Kg CuO + 240 Kg Fe2O3 + 56 Kg CaO + 266 Kg SiO2 = 800 Kg. Luego la composición será: 29,8% CuO, 30,0% Fe2O3, 7% CaO y 33,2 %Si02. Y su Ley en Cobre: 29,8% CuO * 63.5 g. Cu/79.5 g. CuO =23,8% Cu. 3. Un horno tuesta directamente, sin ayuda de combustible alguno, 45 Tm/día. de un concentrado de Cobre de la siguiente composición: Calcosina (Cu2S) 24,0%, Pirita (FeS2) 48,0%, Sílice (SiO2) 18,0%, Oxido Cálcico (CaO) 2,8% y humedad 7,2%. El azufre de la Calcosina se quema en un 10% y el de la Pirita en un 90%. En el conjunto de las sucesivas operaciones de carga, rastreo y descarga sepierden 500 g. de Sílice por Tm. de concentrado que se trata. Los gases salen del homo a 250°C. El volumen de aire empleado es 100% en exceso sobre el estequiométrico, para la oxidación, Cu2S + 3/2 O2 = Cu2O + SO2 2 FeS2 + 11/2 O2 = Fe2O3 + 4SO2 Determínese, por Tm de mineral bruto tratado: a,Volumen de aire empleado. b.Volumen de los gases húmedos producidos.

c.Peso del material tostado por...