Tostacion calcopirita

Resumen:
- Se determino la cinética de tostación de acuerdo a la contante de velocidad tomando como base el modelo de corazón no reaccionado y asumiendo que el tamaño de las particulas no cambia en la reacción.
- La formación de Sulfato de Cobre es el resultado de tres reacciones: formación de SO2 el mismo que reacciona con el oxigeno formando SO3 el mismo que reaccion con CuO formandofinalmente el Sulfato de Cobre.

Introduccion:
- Dentro de las Rx Heterogeneas como Sólido – Gas (tostacion) es la más utilizada en los procesos metalúrgicos (con respecto a los procesos tradicionales de fundición y refinación). Se lleva a cabo a altas temperatura (450 y 650ºC) sin que se produzca la fusión de la carga en el horno. La atmosfera utilizada puede ser: oxidante, reductora o clorurante.Permitiendo una recuperación mas sencilla de sus compuestos solidos.
- La tostación permite la recuperación de metales por lixiviación acuosa con muy pocas cantidades de hierro soluble.
- El modelo Topoquimico de la muestra de calcopirita esta compuesta por Sulfuro de Cobre (CuS)
- El proceso de formación de CuSO4 se inicia con la difusión del oxigeno a la superficie de la particula y reaccionacon CuS produciendo una capa de CuO que cubre la particula desprendiendo SO2:

CuS+3/2O2→ CuO+SO2 (1)
SO2+1/2O2→ SO3 (2)
CuO+SO3→ CuSO4 (3)

- Es necesario establecer que la velocidad de movimiento de la intefase es pequeña con respecto a la velocidad de difusión del gas. Debido que la densidad del gas en los poros de la capa de producto es pequeña en comparación con la del reactantesolido.
- Suponiendo que existan condiciones de estado donde la velocidad de difusión y velocidad en la reaccion en la interfase son identicas, la concentración del nucleo sin reaccionar puede expresarse en terminos de concentración de “Bulk” y el radio de nucleo.
- La tres ecuaciones expresadas como moles de gas que desaparecen por particula, son:

-dNA/dt = 4π rs2 km CAb – Cas difusiónexterna (4)
-dNA/dt = 4π rc2 De (dCA/dr)(1/r) = rc difusión a través del producto (5)
-dNA/dt = 4π rc2 k CAc reacción (6)
Donde:
NA: número de moles de aire difundido [kg/mol]
t: tiempo [s]
rs : radio inicial de la partícula de calcopirita [m]
rc: radio del núcleo sin reaccionar [m]
CAb: Concentración de global de oxígeno [kgmol/m3]
CAs: Concentración de aire en la capa deproducto [kgmol/m3]
CAc: Concentración de aire en el núcleo sin reaccionar [kgmol/m3]
De: difusividad específica del oxígeno [m2/s]
b : [m]
r : [m]

- Se debe determinar un tiempo adimensional que corresponde a la relación:

t*=b*MB*k*CAb*ρB*rs*t (7)

- De acuerdo al modelo topoquímico del corazón no reaccionado la conversión se puede determinar de acuerdo con, xB: Conversión

xB= (masa inicial) – (masa tmasa inicial)
= 43π rs3 ρB – 43π rc3 ρB*43π rs3 ρB
= 43π rs3 ρB (1 – 43π rc3 ρB) (8)

xB = 1 – (rc rs)3 = 1 – γ3 (9)

- Resumiendo la ecuación para la determinación del tiempo adimensional para las tres etapas controlantes de la reacción sería:

t* = 1 – γ +16Da1 – 3γ2 +2γ3 +13Da Bi1 – γ3 (10)

- La ecuación (10) establece laconversión en función del tiempo para una sola partícula cuando CAb = constante. Se ha supuesto un radio total “r = constante, así como una reacción irreversible de primer orden con respecto a “A”.

- Si la velocidad de la fase gaseosa es alta con relación a la partícula sólida, en forma similar a un reactor de lecho fijo, la resistencia a la difusión externa puede despreciarse. Además, para una capade producto altamente porosa y conversiones bajas, la resistencia a la difusión a través del producto suele ser pequeña.

t*= 1 – γ = 1 – rc rs (11)
t = ρB*rsb*MB*k *CAb*1 – rc rs
= ρB×rsb×MB×k×CAb×1 – (1 – xB)1/3 (12)

- Para reacciones químicas rápidas en la interfase y un valor bajo para (De), la difusión a través de la capa de producto puede determinar la velocidad, aun a...