Laboratorio de PirometalurgaPrctica 2Estudio cintico de la tostacin de pellets de pirita.

Objetivo:Con pellets de dimetro diferentes, encontrar las condiciones ptimas y el tamao de pellets ideal, para obtener la mayor eficiencia del proceso

Introduccin:

La tostacin de la pirita consiste en calentar el material en presencia de un flujo de aire convirtiendo el Azufre (S) en gas, (SO2) y oxidando el metal, por ejemplo a (FeO, Fe2O3, Fe3O4). Posteriormente este xido se reduce con carbn dando como resultado la obtencin del metal. En ocasiones es necesario realizar operaciones preliminares para llevar el material a un estado qumico en el cual sea ms fcil su reduccin, como convertir los carbonatos y sulfuros a xidos. Desde el punto de vista qumico, en la tostacin pueden ocurrir reacciones tales como la oxidacin, la reduccin o magnetizacin (reduccin controlada) y la sulfatacin o cloracin. En este caso las reacciones a tratar son de combustin, por lo tanto es una reaccin exotrmica, por lo que para la tostacin de la Pirita, la reaccin global es:

2 FeS2 + 11/2 O2 = Fe2O3 + 4SO2

Sin embargo, tambin es posible producir magnetita (mezcla equimolar de FeO y FesO3) en lugar hematita:

3 FeS2 + 8 O2 = Fe3O4 + 6 SO2

En la tostacin de pirita (FeS2) interesa obtener, adems de un buen rendimiento en SO2 unas cenizas siderrgicas que permitan beneficiar el hierro, estas cenizas son los xidos de hierro. Para obtener tales xidos de una forma econmicamente rentable, es necesario determinar cules son las condiciones ptimas para que el proceso de tostacin sea eficiente. La tostacin de pellets industriales es muy importante para obtener xidos de forma precisa y rpida, debido a que la porosidad del material permite que el mineral reaccione con mayor eficiencia al encontrase en contacto con la atmsfera oxidante.Los principales productos de la oxidacin de la pirita son la hematita (Fe2O3), que se forma a altas temperaturas y altas concentraciones de oxigeno; y la magnetita (Fe3O4), que se produce a temperaturas menores en comparacin con la formacin de hematita y de igual forma que est a concentraciones altas de oxgeno. Uno de los parmetros que controlan la eficiencia del proceso, es el tamao de los pellets.El proceso de peletizado consiste en aglomerar partculas finas de hierro en forma de esferas, en disco peletizador siguiendo el principio bola de nieve, los pelets deben cumplir con las especificaciones de tamao que exige el cliente. En este caso el tamao de los pellets est directamente relacionado con la velocidad de rotacin del disco peletezador.Los procesos de peletizacin pueden ser divididos en dos etapas: Formacin del pellet verde y Consolidacin del pellet o cocimiento. Los pellets deben ser cocidos de tal manera que adquieran resistencia.

Durante el calentamiento del pellet verde en atmsfera oxidante la magnetita se oxida a hematita. La oxidacin de la magnetita comienza en la superficie y penetra hacia el centro del pellet, es decir, de manera concntrica. Con suficiente suministro de oxgeno y conforme se incrementa la temperatura entre, la oxidacin penetra a travs de la estructura del pellet. En pellets verdes de magnetita es muy comn la tendencia a formarse una doble estructura, esencialmente una capa perifrica de hematita y un ncleo de magnetita sin oxidar. Por esta razn es muy importante que el oxgeno penetre la capa de hematita para oxidar el ncleo, por lo tanto, es indispensable mantener una adecuada permeabilidad en esta capa mediante un control cuidadoso de la velocidad de calentamiento. Una capa de hematita poco permeable disminuye la velocidad de oxidacin del ncleo.La presencia de una microestructura heterognea, una en la coraza y otra en el ncleo (magnetita) es un factor indeseable en el peletizado, que se obtiene debido a la contraccin de las diferentes zonas del pellet y el tamao del pellet.En el caso de una partcula que rodea un slido con forma esfrica (sulfuro metlico o pellet siderrgico) de superficie A, a travs del cual el gas se difunde, el flujo es constante y para un tiempo determinado del proceso la velocidad de transporte difusional puede expresarse de la siguiente manera:

DESARROLLO EXPERIMENTAL1. Preparar una mezcla de dos partes de cemento por una parte de pirita en peso, e ir aadiendo agua al mezclar hasta que se obtenga una consistencia de masa.2. Moldear con la masa resultante, aprox. 10 pellets esfricos de aproximadamente 16, 8 y 4mm de dimetro respectivamente y esperar a que sequen completamente.3. Colocar 2 pellets de cada tamao, en tres tubos de cuarzo.Se tendrn tres tubos, con seis pellets cada uno. Colocar los 3 tubos de cuarzo en el horno, cubrir la salida del horno con fibra de vidrio.4. Encender el horno a una temperatura de 500oC.5. A partir de que el horno haya llegado a la temperatura deseada, a los 30 minutos sacar el tubo 1, a los 60 min. sacar el tubo 2 y a los 90 min. sacar el tubo 3. 6. Al momento de sacar cada tubo, preparar resina epxica y montar cada uno de los pellets de pirita en una pieza diferente de resina. 7. Repetir los pasos 3 a 6, ahora trabajando con el horno a una temperatura de 475oC y 525C8. Observar cada una de las piezas al microscopio electrnico de barrido y fotografiarlas.9. Con ayuda de un software, determinar la fraccin reaccionada de magnetita y hematita en cada una de las piezas.

Resultados y anlisis de resultados25min

chicamedianaGrande

Diam=5mmDiam=8mmDia=14mm

Esp=reaccion todoEsp=1mmE=0.5mm

50min

D=6mmD=7mmD=15mm

E=1mmE=reaccion todoE=1.5mm

75min

D=5mmD=8mmD=19mm

E=E=reaccion todoE=2mm

Temperatura:500CChicaMedianaGrande

25min

D=6mmD=7mmD=18mm D= 17mm

E=1mmE= reaccion todoE=3mm e=1mm

50min

D=4mmD=8mmD=14mm

E= reaccion todoE=reaccion todoE=2mm

50min

D=5mmD=6mmD=16mm D=16mm

E=reaccion todoE=2mmE=2mm E=4mm

Temperatura: 525CChicaMedianaGrande

25min

D=5mmD=8mmD=12mm D=15mm

E=1mmE=2mmE=2mm e=2mm

50min

D=6mmD=7mm D=12mmD=18mm

E=2.5E=1.5mm E=1mmE=3.5mm

75min

D=6mmD=9mmD=16mm

E= reaccion todoE= reacciono todoE=4mm

Pellet chicoPellet medianoPellet grandePellet chicoPellet medianoPellet grandePellet chicoPellet medianoPellet grandePellet chicoPellet medianoPellet grande

Radios cmrea externarea reaccionada% Reaccionado

Temperatura 475C

Tiempo: 25 minutos

Rexterno2.54719.6450.27153.938

Rinterno2.536.519.6428.27132.733021.9921.21043.7513.776

Tiempo: 50 minutos

Rexterno33.57.528.2738.48176.715

Rinterno23.5612.5738.48113.09815.7138.4863.6255.5610036

Tiempo: 75 minutos

Rexterno2.549.519.6450.27283.529

Rinterno1.547.57.0750.27176.71512.5750.27106.816410037.673

Temperatura 500C

Tiempo: 25 minutos

Rexterno33.598.528.2738.48254.47226.981

Rinterno23.567.512.5738.48113.098176.71515.7138.48141.3750.2755.5610055.55622.6

Tiempo: 50 minutos

Rexterno24712.5750.27153.938

Rinterno24512.5750.2778.5412.5750.2775.4010010048.98

Tiempo: 75 minutos

Rexterno2.538819.6428.27201.062201.062

Rinterno2.516419.643.14113.09850.265619.6425.1387.96150.8010088.8943.7575

Temperatura 525C

Tiempo: 25 minutos

Rexterno2.5467.519.6450.27113.098176.715

Rinterno1.5245.57.0712.5750.265695.0312.5737.7062.8381.68647555.55646.22

Tiempo: 50 minutos

Rexterno33.5928.2738.48254.47

Rinterno1.2525.54.9112.5795.033423.3725.92159.4482.6467.3562.65

Tiempo: 75 minutos

Rexterno34.5828.2763.62201.062

Rinterno34.5428.2763.6250.265628.2763.62150.8010010075

Grficas

Grfica 1

Grfica 2

Grfica 3Se puede observar en cada una de las grficas, que conforme se va aumentando la temperatura el % reaccionado tambin aumenta, sin embargo se tiene un % de reaccin mayor y generalizado a una temperatura de 500C, efecto contrario se observa en la temperatura a 475C donde se observ que en algunos de los pellet no hubo reaccin alguna. Mientras que en los pellets de tamao grande los porcentajes de reaccin son bajos, en los pellets pequeos y medianos los porcentajes de reaccin van a partir de 50%, y si comparamos estos dos ltimos tamaos, el % de reaccin de los pellets medianos queda arriba del 60%De igual manera podemos ver que la formacin de hematita y magnetita se favorece a mayores temperaturas (500C) la pirita se va a consumir en mayor medida para formar hematita, pero debe de pasar los 500C para que pueda lograrse un % de reaccin considerable.

Conclusin:

BIBLIOGRAFA1. A. Ballester, L. F. Verdeja, J. Sancho. Metalurgia extractiva (fundamentos), Volumen I, Sntesis, Espaa, 1987.1. Dr. Gaskell. Introduction to Metallurgical Thermodynamics Mc Graw-Hill Ed.