GUIA N°2 PIROMETALURGIA

GUIA DE PIROMETALURGIA PIROMETALURGIA (balance cobre y fierro) 1. Un horno Flash se procesa un concentrado Calcopirítico con oxígeno puro y sílice como fundente, alimentados a una temperatura de 25 °C. La mata producida tiene una ley de 52 % Cu y est formada por  Fe! y Cu2!, la escoria compuesta por "# % Fe$ y # % de !i$ 2, encontrndose am&os a '22" °C. Los gases de salida, principalmente !$ 2, salen a '(2" °C.

!e asume )ue las reacciones )ue ocurren son* +' CuFe!2 -  $2 /  Cu2! - Fe! -  !$2 +2 Fe! - 02 $2 / Fe$ - !$ 2 + 2 Fe$ - !i$2 / 2Fe$1!i$2 ara la reacci3n +' se conocen* Componente 4267° +cal0mol

CuFe! 2 8"5#'9

$2 #

Cu2! 827

Fe! 8"56#

!$2 87959"

: su ;e<, el 4267° de la reacci3n +2 es de =''22"' cal0mol de Fe$ y el de la reacci3n + de =72## cal0mol de !i$ 2. >l calor para para calentar desde 25 °C a '22" °C el Cu 2!, el Fe! y la fayalita 2Fe$1!i$ 2 son de ##(7, 5# y ""(# cal0mol, respecti;amente. >l calor necesario para calentar el !$ 2  desde 25 a '(2"°C es de '79(9 cal0mol. Calcular &asndose en '### ?g de concentrado* a La masa +@g de mata y escoria generada.  & Ao Aolumen +m de !$2 gases generados y $ 2 este)uiomBtrico re)uerido. C Las pBrdidas de calor +?cal0ton para )ue el proceso sea aut3geno. Solución: a) !"# $% &e 'aa y *+" $% &e e,coria b) 1#"- '. SO %enera&o, y 1!#" '. O re/ueri&o, c) !-0 $calonela&a concenra&o

2 Un mineral cuya composici3n es 55,#% FeCu! 2, #,#% Fe!2 y '5,#% de ganga, se trata trata por tostaci3n tostaci3n a muerte +com&usti3n completa del !, como indican las reacciones siguientes*

2 CuFe!2 - '02 $ 2 / Fe2$ - 2 Cu$ - ( !$ 2 2 Fe!2 - ''02 $2 / Fe2$ - ( !$2 ara ello, se emplea un exceso de aire +2'% $ 2 y "6 %  2, so&re el te3ricamente necesario, del 2##%. Calcular, por tonelada de mineral tratado. a Aolumen de !$ 2 producido  & Ao Aolumen de aire empleado. c Composici3n centesimal ;olumBtrica de los gases )ue se desprenden. d Composici3n de material tostado. Solución: a) b) c) &)

.2 Un mineral de co&re contiene 9 % Cu y 5 % !. >l mineral de co&re es calcopirita +CuFe! 2, y el al resto del mineral es ganga )ue )ue no contiene contiene co&re, fierro ni aste mineral es tostado hasta )ue todo el a
( Fe!2  - '' $2 D 2 Fe2$ - 7 !$2 ( CuFe!2 - ' $2 D ( Cu$ - 2 Fe2$ - 7 !$2 La cantidad de oxígeno suministrada al horno +contenido en el aire, es 2## % en exceso de la cantidad demandada por las reacciones. Eeterminar* a >l peso en li&ras de cada una de las especies minerales mencionadas y tam&iBn de la ganga, en una tonelada corta de mineral.  & Los pies c&icos de oxígeno, re)uerido por las reacciones en la tostaci3n de una tonelada corta de mineral. c Los pies c&icos de aire realmente suministrado, por tonelada de mineral. d >l peso total de Fe 2$ +l&s y el ;olumen total de !$ 2 +pie producidos en la tostaci3n de una tonelada de mineral. Solución: a) 3u4eS 5 .#! lb,2 4eS  5 10** lb,2 lb,2 Gan%a 5 !+ lb,2 b) O &e reaccione, 5 111.*"* 6ie . c) Aire real'ene real'ene uili7a&o uili7a&o 5 1!-1 6ie . &) 4eO. oal 5 *+!". lb, SO oal 5 +*! 6ie .

#2 Un mineral de co&re tiene la siguiente composici3n, Cu 2! +'7 %, Fe! 2 +55 %, !i$2  +2" %. >ste mineral es fundido en un horno re;er&ero, utili
a  & c d

>l peso de CaC$  necesario +?g. >l peso de la escoria producida producida +?g. >l peso peso de la mata mata prod produc ucid idaa +?g +?g. . >l ;olum ;olumen en de aire aire te3r te3ricam icament entee re)uer re)uerido ido por por la carg cargaa +m .

Solución: a) b) c) &)

!2 Fusi3n de Co&re a mata* a Un mineral de co&re tiene #% de calcopirita +CuFe! 2, 2#% de pirita +Fe! 2 y 5#% !i$ 2. GHuB  porcentaIe de Co&re, Fierro y :
 & GCul ser en porcentaIe de ganga en un mineral de cuprita +Cu 2$ )ue contiene el mismo porcentaIe de co&re )ue en +aJ. c Una mata de co&re puede ser expresada por la formula KCu 2!. Fe!, sin ;alores ;alores determinados para K e . GCul ser la composici3n completa de una mata )ue contiene 7% CuJ d !i el mineral en + a es fundido y solamente se elimina el exceso de a
2 !e sinteri
La operaci3n se realimpleando un ;olumen de aire con un exceso del 5# % so&re el te3ricamente necesario, y su composici3n el #% $2 y "#%  2. Eetermínese, por tonelada mBtrica de mineral tratado* a eso del mineral sinteri
+2 >n la con;ersi3n de una mata de co&re, tienen lugar las reacciones siguientes*  Fe! - $2 / Fe$ - !$2 Cu2! - $2 / 2 Cu - !$2

Los gases salen a '2##MC y ""# mm. o se utilil aire incluye (5 mm de ;apor de agua. Considerar )ue la mata posee un (7 % de co&re. Calcular, para '# toneladas mBtricas de mata*

a >l peso peso +?g +?g y el ;ol ;olume umen n de aire aire seco seco +m +m , a condiciones normales, )ue de&e ser soplado.  & >l ;olumen de los gases gases +m  )ue salen, acondicones dadas. c La canti cantidad dad de de co&re co&re &list &lister er forma formada da +?g. +?g. Solucion: a) b) c)

*2 Un con;ertidor de mata reci&e una carga de 9# toneladas conteniendo 5( % de Fe!. >l Fe! se oxida con aire dentro del con;ertidor por la siguiente reacci3n* Fe! - $2 / Fe$ - !$2 Calcular* a >l ;olumen del aire en m   & GCunto !$2se form3 en m J c GCuntos @g de Fe! se formaronJ d >l peso de la escoria +?g formada en toneladas mBtricas si el Fe$ constituye el 95% de la escoria Solucion: a) !*-0-"! '. aire b) *#+"+ '. SO c) #!"+! $% 4eO &) #0+#0 $% e,coria

-2  >n un alto horno, la hematita +Fe 2$ se reduce con mon3xido de car&ono, el cual se forma por la com&usti3n del car&ono en el co)ue por medio de aire insuflado. Las condiciones de e)uili&rio )uímico re)uieren )ue haya un exceso de C$ presente, de tal forma )ue la ecuaci3n de reducci3n tenga lugar de i<)uierda a derecha. La ecuaci3n puede representarse como sigue*

Fe2$ - K C$ / 2 Fe -  C$2 - +K8 C$ >n cierto cierto horno horno la relacion relacion C$8C$ C$8C$ 2 formados en los productos de la reacci3n anterior fue de ',7*' en ;olumen. >l horno reduIo 7## toneladas mBtricas de fierro por día. Calcular* a La ecuaci3n )ue represente la reducci3n con el C$ y C$ 2 formados en la relaci3n ',7*' &alanceada con el mínimo de nmeros enteros.  & Los metros c&icos de C$ y C$ 2 producidos por día. c >l consumo te3rico de co)ue por tonelada de fierro reducido, suponiendo )ue el co)ue contiene 6#% de car&ono. d Los metros c&icos de soplo +aire necesarios para la com&usti3n del car&ono en el co)ue a C$ por  tonelada de Fe reducido. Solucion: a) b) *.0"! '. 3O  #*1*- ' . 3O c) 100# onela&a, co/ue &) #010"+ '. &e aireon fierro

102 >l anlisis de una mata de co&re es de #% de co&re. Calcular el % Fe y % !, para cada una de las suposiciones este)uiomBtricas siguientes.

a La mata es una me
112 Un orno de cu&ilote )ue se utilil fundente es car&onato de calcio puro y se utilil co)ue contiene 79% C, 5% !i, "% de almina +:l 2$ y 2% Fe$ y se utilil gas de cu&ilote contiene partes iguales de C$ y C$ 2 en ;olumen. ada delcar&ono del arra&io se oxida. La escoria del cu&ilote contiene* Fe$ ''%, !i$ 2 (9%, Nn$ %, Ca$ 25%, :l 2$ '5%. >l hierro fundido producido contiene ,7% de car&ono adems algo de Nn, !i. Calcular por tonelada de arra&io*

a >l peso +?g de la escoria.  & >l ;olumen +m de aire consumido en oxidar al silicio, manganeso y fierro. c >l ;olumen +m  de aire consumido en oxidar el co)ue. d >l ;olumen +m  y composici3n porcentual del gas. Solucion: a) !!"-. $% b) #-"+* '. aire c) .."+ '. aire &) !"!-! '. 3O 9olu'en oal 5 1-*"0!- ' .

GAS 3O

('.) -"+!

3O

1*". 1

(8) .!"  #"+ *

12 Una mena de Fe tiene la siguiente composici3n Fe 2$ "9%, !i$2 '(%, Nn$ '%, :l 2$ 6%, esta se funde en un alto horno produciendo arra&io del siguienteanlisis siguienteanlisis Fe 6(,2%, C ,5%, !i ',5%, Nn #,7%, por 

ton de arra&io se utilil peso de la mena para producir ' ton de arra&io.  & >l peso de piedra cali
1.2 Un alto horno produce arra&io de la siguiente composici3n* Fe 6,(%, !i 2,%, C ,7%, Nn #,5%. La mena para fundirse analil fundente es una cuarta parte del peso de la mena y contiene 69% CaC$ y (% de !i$2. >l co)ue )ue se utilil soplo es 65### pie  aire0tonelada de arra&io. !uponga )ue todo el Fe se reduce.Calcular*

a >l peso de la mena utilil ;olumen del gas del alto horno. Solucion: a) .+"- lb, b) ARRAI O 4e 3 Si Mn

(8)

Libra,

-." # ."* ". 0"!

0!# *."1 !0"1 11

1#2 Una carga de Cu 2! +metal &lanco o gris o&tenidos en fusi3n en con;ertidor modificado teniente, se lle;a a soplado en con;ertidor tradicional para eliminar a
1!2 Una me
1. >n la con;ersion de la mata de co&re, la accion )uimica en cada una de las dos etapas esta representada  por las siguientes siguientes reacciones*

+' 2 Fe! -  $ 2 / 2 Fe$ - 2 !$ 2 +2 Cu2! - $2 / 2Cu - !$ 2 :sumir )ue la temperatura promedio en el con;ertidor durante la primera etapa es de ''##°C, y durante la segunda es de '2##°C. >l aire sin em&argo es soplado frio, asumir )ue su temperatura es de #°C. Calcular para la reaccion solamente, despreciando el nitrogeno, el cual no aparece en la reaccion. a >l calor para la reaccion +', estando todos los componentes excepto el oxigeno a ''##°C.  & Lo mismo para la reaccion +2, +2, estando todos los componentes componentes excepto el oxigeno oxigeno a '2##°C.