procesos estractivos

1. CLASE 1
INTRODUCCIÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y METALÚRGICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA
Dra. Ing. Orfelinda Avalo Cortez
2014
PROCESOS EXTRACTIVOS I - ME 422 R

4. Procesos
Estudio Termodinámico
Estudio cinético
Estudio de fenómenos de
transporte
Todo proceso debe ser analizado a través de:
Es de mucha importancia hacer un análisis mineralógico del material a tratar.

5. Generalidades sobre los Procesos
Pirometalúrgicos
Pirometalurgia: se describe como el estudio conjunto de procesos
químicos y operaciones físicas a alta temperatura que, convenientemente
elegidas entre diferentes variantes y en consecuencia, permiten que el
metal en estado nativo o como componente de uno o varios compuestos
en un mineral, pueda obtenerse en estado metálico o formando un
compuesto con pureza y/o forma adecuada para su utilización posterior.
Los procesos pirometalúrgicos son los métodos mas antiguos y de
aplicación mas frecuente de extracción y purificación de metales. Los
metales mas comunes que se tratan por estos métodos incluyen cobre,
níquel, plomo, cobalto, etc.
Son los procesos que utilizan una combinación de tostación, fusión,
conversión, refinación (electrolítica, química, etc.).

6. Procesos Pirometalúrgicos más comunes
1.Calcinación
2.Tostación
3.Fusión
4.Conversión
5.Reducción
6.Volatilización
7.Metalotermia
8.Electrolisis Ígnea

7. Calcinación:
Descomposición de un mineral en sus óxidos formadores por
la acción del calor.
Tostación:
Oxidación de un sulfuro en presencia de aire.
•Oxidante  oxido de metal
•Sulfatante  sulfato
•Clorurante  cloruro
•Aglomerante  oxido aglomerado
23 COCaOCaCO 
22 SOMOOMS 

8. Fusión:
Obtención de una fase fundida.
-fase metálica reducida (Me)
-fase oxidada (escoria)
-fase sulfurada (mata)
-fase con arsénico (speiss)
Volatilización:
Obtención del metal o compuesto como gas.
•Oxidante y neutra  compuesto
•Reductora  metal
)()()()( 2 gCOgZngCOsZnO 

9. Metalotermia:
Desplazamiento de un metal de un compuesto por otro
metal mas activo o mas ávido por el metaloide formador del
compuesto.
Electrolisis ígnea o de sales fundidas:
Obtención de un metal a partir de un compuesto en estado
fundido utilizando como reductor la corriente eléctrica.
24 22 MgClTiMgTiCl 
)()()( 23
4
323
2 gOlAlsOAl 

15. La calcinación es el proceso de calentar una sustancia a
temperatura elevada, pero por debajo de su punto de fusión
para provocar la descomposición térmica o un cambio en su
constitución física o química. La calcinación se aplica
principalmente a minerales que se descomponen al calentarlos
formando un oxido y dejando en libertad un gas:
CALCINACIÓN
siderita
gCOsFeOsFeCO
asmithsonit
gCOsZnOsZnCO
)()()(
)()()(
23
23



16. Un estudio termodinámico de la calcinación nos va a mostrar el
sentido hacia donde se desplaza la reacción, por ejm., en
condiciones estándar (25° C y 1 atm de presión) ya sea hacia los
productos o reactivos y el tipo de la reacción a desarrollar, si es
exotérmica o endotérmica.
Analizando la calcinación de un carbonato:
como queremos la descomposición del carbonato el sentido de la
reacción ya se ha definido y es de izquierda a derecha, pero es
necesario saber si la reacción genera o absorbe calor para
desplazarse en el sentido deseado.
Es necesario calcular el cambio de entalpia, obteniendo los valores
de entalpia a 298 K para productos y reactivos.
TERMODINÁMICA DE LA CALCINACIÓN
)()()( 23 gCOsCaOsCaCO 

17. De las Tablas Termodinámicas:
          
KJ5.179reacciónH
11207-1393.5-1634-reacciónH
:valoreslosndoSubstituye
reactantesH-productosHreacciónH
:entalpiadeCambio
393.5-634-1207-)/(
)()()(CaCO
mol
KJ
mol
KJ
mol
KJ
23






molmolmol
molKJH
gCOsCaOs
El resultado positivo nos indica que la reacción es endotérmica y
que requiere calor para desplazarse de izquierda a derecha

18. Temperatura (K)
H(KJ)
Del HSC:
CaCO3 = CaO + CO2(g)
T deltaH
K kJ
298 178.175
398 177.515
498 176.546
598 175.378
698 174.045
798 172.555
898 170.906
998 169.092
1098 167.11
1198 164.949
1298 162.609
1398 160.089
1498 157.385
1598 154.497
1698 113.866
1798 109.247
1898 104.728
1900 104.639
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 500 1000 1500 2000

19. Reaction: C1CA1O3=C1O2+CA1O1
C1CA1O3 stable as C1CA1O3_S
C1O2 stable as GAS
CA1O1 stable as CA1O1_S
*****************************************************************
T Delta-Cp Delta-H Delta-S Delta-G
(K) (Joule/K) (Joule) (Joule/K) (Joule)
*****************************************************************
298.15 -4.28433E+00 1.78170E+05 1.60173E+02 1.30414E+05
300.00 -4.39452E+00 1.78162E+05 1.60146E+02 1.30118E+05
400.00 -8.48995E+00 1.77493E+05 1.58251E+02 1.14193E+05
500.00 -1.08203E+01 1.76520E+05 1.56088E+02 9.84759E+04
600.00 -1.25701E+01 1.75348E+05 1.53956E+02 8.29742E+04
700.00 -1.41453E+01 1.74012E+05 1.51899E+02 6.76821E+04
800.00 -1.57155E+01 1.72519E+05 1.49909E+02 5.25921E+04
900.00 -1.73635E+01 1.70866E+05 1.47963E+02 3.76988E+04
1000.00 -1.89959E+01 1.69049E+05 1.46051E+02 2.29983E+04
1100.00 -2.07431E+01 1.67063E+05 1.44159E+02 8.48794E+03
1200.00 -2.25394E+01 1.64899E+05 1.42277E+02 -5.83382E+03
1300.00 -2.43438E+01 1.62555E+05 1.40402E+02 -1.99677E+04
1400.00 -2.61278E+01 1.60031E+05 1.38532E+02 -3.39144E+04
1500.00 -2.80052E+01 1.57324E+05 1.36665E+02 -4.76743E+04
1600.00 -2.98223E+01 1.54432E+05 1.34800E+02 -6.12475E+04
1602. ---- C1CA1O3 becomes C1CA1O3_L ,delta-H = 36000.00
1700.00 -4.66747E+01 1.13767E+05 1.09514E+02 -7.24074E+04
1800.00 -4.56633E+01 1.09150E+05 1.06875E+02 -8.32251E+04
1900.00 -4.46759E+01 1.04633E+05 1.04433E+02 -9.37890E+04
Temperature range exceeded for C1CA1O3
Del Thermo-Calc:
(Ver macro en archivo
adjunto)
Aquí se utiliza el comando
TABULATION
go tab

20. Pasado un tiempo "t" en que se dio la reacción de calcinación, se
corta la partícula esférica por la mitad, para observar el avance de
dicha reacción, apreciándose lo siguiente:
a.- La reacción de la calcinación MCO3 = MO + CO2 se presentó en la
superficie donde la temperatura es igual a la de calcinación.
b.- La reacción continua hacia el centro de la partícula, pero la
temperatura en esta zona no fue suficiente para la calcinación.
c.- Un núcleo de reactivo de diámetro "d1" menor al diámetro
original "d0" (d1< d0), queda sin reaccionar, disminuyendo de esta
manera, la eficiencia de la reacción.
Cinética de la calcinación:

21. El mecanismo sugerido por la cinética (para que reaccione dicho
núcleo de diámetro "d1"), es el siguiente:
1.- Como la reacción de calcinación es endotérmica, es necesario
difundir la temperatura de calcinación al frente de reacción
"interface" (limite de contacto entre d1 y d0).
2.- Con el valor de Td (temperatura adecuada para la calcinación), la
reacción MCO3 = MO + CO2 es rápida en sí misma.
3.- La reacción de calcinación genera dióxido de carbono como
producto, es necesario difundirlo hacia el exterior de la partícula a
través de la capa producto, porque al aumentar la concentración
frenaría la reacción hasta alcanzar el equilibrio.
Mecanismo de la calcinación:

22. Diferencias entre Calcinación y Tostación:
Calcinación Tostación
Finalidad lograr su
descomposición
Finalidad convertir en óxidos,
sulfatos, metal, eliminar
impurezas volátiles, etc.
CaCO3 + calor CaO + CO2 (caliza)
MgCa(CO3)2 + calor CaO + MgO + CO2 (dolomita)
ZnS + 1.5 O2 = ZnO + SO2
PbS + 3 O2= PbO + 4 SO2

25. Existen dos tipos de cal: la cal viva (CaO), la cal apagada
(Ca(OH)2) también existe la lechada de cal que no es mas que cal
hidratada con un exceso de agua.
El proceso de producción de la cal comienza desde la selección de la
materia prima requerida, "PIEDRA CALIZA" , carbonato de calcio
(CaCO3) de elevada pureza.
La cal viva es obtenida a partir de la calcinación de la
caliza(CaCO3) por la siguiente reacción:
CaCO3→ CaO + CO2
La cal apagada se obtiene a partir de la cal viva haciendo una
reacción estequiométrica con agua, esta reacción es exotérmica:
CaO + H2O → Ca(OH)2
CAL

27. Por lo tanto la fabricación de cales comprende dos procesos
químicos: calcinación e hidratación, a las cuales van asociados las
operaciones de transporte, trituración y pulverización de la caliza
además de la separación por aire y el almacenamiento adecuado
de la cal obtenida para evitar los procesos de recarbonatación:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

28. Proceso de calcinado:
El proceso de calcinación de la caliza ocurre en hornos del tipo
rotatorio y vertical, pero la caliza que se introduce a estos hornos
no puede ser cualquier caliza:
 La caliza no puede ser muy porosa o muy húmeda debido a que
esto aumenta la demanda de combustible.
 La caliza utilizada no debe tener impurezas del tipo partículas de
Si debido a que esta reacciona con el CaO formando silicatos, los
cuales se acumulan en el fondo de los hornos, obstruyendo el paso
del material.

29. Ejemplos de hornos de calcinado:
Los hornos utilizados son de distinto tipo, estos pueden ser:
Rotatorios
Usados generalmente para calcinar una caliza con un tamaño
pequeño de partícula (6-60)mm
Equipados generalmente con calentadores previos y refrigerantes
Están mejor equipados para la obtención de una cal de calidad
debido a su instrumentación
Produce una cantidad máxima de cal por hombre-hora
Su gran desventaja es su alto consumo de combustible
Verticales
Usados generalmente cuando la cal obtenida no requiere de una gran
pureza
Son más simples
Constan de un alimentador de combustible y una correa calentadora
Rendimiento de combustible es mayor que el horno rotativo
Actualmente existen hornos más modernos.

30. Esquema de un horno de
calcinación vertical (kiln).
a) Zona de precalentamiento;
b) Zona de calcinación;
c) Zona de enfriamiento.
HORNOS VERTICALES:

31. Figura . Esquema de un
horno de calcinación con
inclinación doble
a) Quemadores superiores;
b) Quemadores inferiores
Figura . Esquema de un
horno de calcinación anular
a) Quemadores superiores;
b) Quemadores inferiores;
c) Aire de combustion a
quemadores superiores;
d) Aire de combustión a
quemadores inferiores;
e) Gases de combustión

32. Figura. Esquema de un
horno con regeneración
de flujo paralelo
a) Combustible
b) Aire de combustión
c) Aire de enfriamiento
d) Quemadores
e) Ducto de cruce
f) Cámara 1
g) Cámara 2
Dos hornos con regeneración de flujo
paralelo

33. HORNOS ROTATIVOS:
Figura . Esquema de un
horno rotatorio
a) Quemador;
b) Aire de combustión;
c) Pre-calentador;
d) Horno;
e) Enfriador

34. Tipo de horno Consumo específico
(kJ/tCaO producido)
Horno de la firma Beckenbach
GMBH
3 768
Horno regenerativo de flujo paralelo 3 768
Horno con flujo de recirculación 5 024
Horno de la firma Chemstone 5 443
Horno del CBRI 5 652
Horno rotatorio 6 406
Horno ITDG de tiro forzado (Balaka) 6 908
Horno de la KVIC 6 992
Horno ITDG tiro forzado
(Chenkumbi)
8 156
Horno ITDG de tiro natural 10 090
Horno ITDG tradicional 19 636

35. Factores que influyen en las propiedades de la cal obtenida
Muchas de las propiedades de la cal dependen de la calidad de la
caliza utilizada como también del proceso de calcinado, y de estas
propiedades, dependen los usos que se le de a la cal.
 La dureza de la cal obtenida, depende de las impurezas de la
caliza utilizada como también de la temperatura de calcinación, una
impura, da una cal dura si se calcina a temperaturas elevadas.
 La porosidad - y como consecuencia la densidad – de las cales
también depende de la temperatura de calcinación, a mayor
temperatura menor porosidad y por lo tanto una mayor densidad,
como consecuencia de esto a mayor temperatura, la cal va
perdiendo actividad química, es por esta razón que conviene
sintetizar la cal a temperaturas lo mas cercanas a la temperatura de
disociación de la caliza.
 Las calizas que contienen entre un 15 – 30 % de materia arcillosa
produce cales altamente hidráulicas (cales cementicias)

36. Usos de la Cal:
Sin duda no existe otro material que tenga tan diversos usos y variadas funciones como la
cal, ya sea su modalidad viva o hidratada. El siguiente listado enumera solamente algunas de
ellas:
PROPIEDAD USO
Fundente Industria del acero y del vidrio
Regulador de Ph Industria minera, procesos de flotación y
cianuración
Neutralizante Neutralización de aguas y suelos ácidos
Caustificante Industria del papel, fabricación de soda y
potasa
Floculador, coagulador Tratamiento para potabilizar agua
Depilatorio Industria del cuero
Absorbente Purifica gases en procesos industriales
Base Industria azucarera
Oxidante Fabricación de carburo de calcio
Fungicida, esterilizador Destructor de hongos, bacterias y organismos
vivos
Preservante Postes, estructuras de maderas, troncos de
árboles
Desinfectante Aguas contaminadas restos orgánicos
Estabilizador Suelos arcillosos en construcciones viales
Reactivo Base para la elaboración de mas de 100 sales
de calcio
Pigmento Pintura de casas, edificios y estructuras
Adhesivo, lubricante, retenedor de agua
aglomerante y adhesivo
Morteros para albañilería y estucos