Post on 08-Jul-2015
• INTRODUCCIÓN
• TOSTACIÓN DE SULFUROS
• TERMODINÁMICA DE LA TOSTACIÓN
• DIAGRAMAS DE ESTABILIDAD
• TIPOS DE DIAGRAMA DE ESTABILIDAD
• DIAGRAMAS DE KELLOGG
• ¿CÓMO SE CONSTRUYE EL DIAGRAMA DE KELLOGG?
• ASPECTOS GENERALES DEL DIAGRAMA DE KELLOGG
• SISTEMA Fe – S – O
• ALGUNAS DIFERENCIAS EN LOS DIAGRAMAS DE KELLOG
• CONCLUSIONES
• BIBLIOGRAFÍA
El comportamiento físico-químico de los sistemas
(M-O-S)
Metal – Oxígeno – Azufre, es de mucha
importancia para la comprensión de los procesos
de:• Oxidación de sulfurosTostación
• Reducción del óxido de hierro FeO parcialmente en estado líquido
Fusión reductora
• Formación de mezclas fundidas de sulfuros de metales con algunos óxidos.
Matificación
• TOSTACIÓN
Es la oxidación de los sulfuros metálicos para
producir óxidos metálicos y bióxido de azufre.
MS + 3/2 O2 MO + SO2
Otras reacciones
Sulfatos metálicos
Formación de SO3
Óxidos complejo
s
ZnFe2O
4
SULFUROS
•COBRE
•ZINC
•PLOMO
Las condiciones necesarias para la formación de
distintos productos de tostación pueden ilustrarse
mediante las relaciones de equilibrio que existen en un
sistema que contiene los siguientes tres componentes:
Se tienen 3 componentes y, de acuerdo con la regla de
las fases, se puede obtener un Máximo de 5 fases:
4 fases condensadas y 1 fase gaseosa
METAL
M
AZUFRE
S
OXIGENO
O
P + F = C + 2
P = C + 2 – F
P = 3 + 2 – F F = 0 mínimo valor
3 componentes metal, oxigeno, azufre
Donde:P = número de fases presentes en el equilibrio
C = número de componentes del sistema
F = número de grados de libertad del sistema (variables: presión, temperatura, composición)
• El número 2 en la regla corresponde a las variables de temperatura T y presión P.
• La fase gaseosa contiene normalmente SO2 y
O2, aunque SO3 y aún S2 pueden encontrarse
presentes.
• Entre estos componentes gaseosos existen los
siguientes equilibrios:
•S2 + 2O2 = 2SO2
•2SO2 + O2 = 2SO3
Para una temperatura dada, la composición de lamezcla gaseosa está definida por la presiónparcial de cualquiera de los dos componentesgaseosos.
Para composición constante de gas, lacomposición de las fases condensadas está fija.Así las relaciones de fase en el sistema ternario atemperatura constante pueden describirse pormedio de un diagrama bidimensional en donde lascoordenadas son las presiones parciales de losdos componentes gaseosos. Estos sondenominados diagramas de Kellogg.
Los diagramas de estabilidad se usan para:
PREDECIR
REACCIONES
POSIBLES EN
SISTEMAS
METALÚRGICOS
• Ejemplo:
• Temperatura
• Presiones parciales
CONOCER LOS
FACTORES QUE
RIGEN
LAS
REACCIONES
Hay innumerables diagramas de estabilidad.
Ejemplos:
Temperatura Vs. % Peso
Log PSO2 Vs. Log PO2
CO2 / CO Vs. Temperatura
Log Pi Vs. 1/Temperatura
Los diagramas de estabilidad de los sistemas M –
O – S, llamados también diagramas de
predominancia de áreas, muestra zonas o áreas
definidas, dentro de las cuales es predominante,
es decir estable, cierta especie, en función de
presiones parciales y temperatura. Estos
diagramas tienen particular importancia en
metalurgia extractiva, porque conociéndoles, se
puede llegar a establecer el proceso a seguirse en
cierto tipo de concentrado.
Las áreas predominantes, en función de presiones
y temperatura, darán pautas para determinar si el
proceso conveniente será una tostación:
sulfatante, oxidante, tostación – reducción, etc., o
una reducción directa, o reducción previa
oxidación de sulfuros, o tostación seguida de
lixiviación, etc.
Las líneas muestran los equilibrios bivariantes y
los puntos muestran equilibrios univariantes
(equilibrios entre tres fases).
1)Se identifica cada una de las reacciones
2MeS + 3O2 → 2MeO + 2SO2
2MeS + 2SO2 + O2 → 2MeSO4
2)Se obtienen las constantes de equilibrio
con la siguiente ecuación:
ΔGT ° = -RT LN (k)
• 3) teniendo la constante K, las reemplazamos en
la ecuación de constante de equilibrio:
• 4) luego aplicamos logaritmos a ambos lados de
la igualdad y despejamos log Pso2.
Log Pso2 = 1/2Log K + 3/2Log Po2
Log Pso2 = -1/2Log K - 1/2Log Po2
5) Después graficamos log (Pso2) vs. log
(Po2)
“Con este procedimiento vamos a obtener
las líneas de estabilidad termodinámica,
según la reacción seleccionada.”
•Para una estequiometria de reacción dada, laforma de la expresión de equilibrio es la mismapara todos los metales, solo los valores de lasconstantes de equilibrio K, son distintos demetal a metal.
•Las líneas que se obtienen representan ellimite de estabilidad termodinámico.
•El área que queda entre las líneas se va allamar área de predominancia o de estabilidadde fase en particular.
• Cuando la tostación se efectúa en aire, la sumade las presiones parciales de SO2 y O2 esalrededor de 0.2 atm.
• La temperatura de formación de sulfato difiereconsiderablemente de metal a metal. la mayortemperatura de tostación se alcanza en el casodel plomo y el zinc y menores temperaturas encaso del cobre y níquel.
• Durante la tostación de menas de sulfuroscomplejas pueden ocurrir otras reacciones.
• Los óxidos producidos pueden reaccionar entresi dando óxidos complejos.
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Los dos puntos analizados anteriormente
constituyen los extremos de la Línea de equilibrio
Fe – FeS.
La tostación puede efectuarse en varios tipos de hornos ,
durante los últimos años el mas usado es el horno de lecho
fluidizado.
Sistema Fe-O-S
T: 700 KSistema Pb-O-S
T: 1000 K
Difícil obtener una tostación completa,
debido a la difusión a través de las capas
de sulfatos.
• El diagrama de Kellogg es una herramienta de
gran ayuda para controlar las reacciones que
ocurren durante la tostación, indicándonos la
estabilidad termodinámica que hay en ellas, y
pudiendo a su vez predecir el producto que se
va a obtener con las condiciones de presión
existentes durante el proceso.
• Existe un diagrama representativo para cada
temperatura.
• La línea de equilibrio de un diagrama deKellogg será vertical cuando en la reacciónsolo exista oxígeno. Dicha línea seráhorizontal cuando en la reacción solo existadióxido de azufre. La línea presentarápendiente en el caso donde existan ambosgases.
• La determinación de la zona que ocupa unode los componentes del equilibrio se haceconociendo el equilibrio de uno de loscomponentes en otras reacciones y sudistribución en el sistema.
• MALDONADO CERÓN, Luis Alfonso. Fundamentos de
los procesos pirometalúrgicos. Bucaramanga: UIS, 1985.
• ROSENQVIST, Terkel. Fundamentos de metalurgia
extractiva. México: Limusa, 1987. 564p.
• JOFFRÉ, Juan. Termodinámica metalúrgica. Universidad
Autónoma de San Luis Potosí, 1993.
• GASKELL, David. Introduction to metallurgical
thermodynamics. Washington: Scripta publishing, 1973.
520p.
• COUDURIER, Lucien. WILKEMIRSKY, Igor.
Fundamentos de los procesos metalúrgicos. Chile:
Universidad de concepción, 1971. 536p.