08DIAGRAMA

DE KELLOGG

TostaciónTostación Es un proceso básico de la metalurgia Es un proceso básico de la metalurgia

extractiva mediante el cual un sulfuro extractiva mediante el cual un sulfuro metálico, MeS, evoluciona al estado de metálico, MeS, evoluciona al estado de

ÓxidoÓxido MeOMeO

SulfatoSulfato MeSOMeSO44

OxisulfatoOxisulfato MeO.MeSOMeO.MeSO44

La Tostación Clorurante es un caso La Tostación Clorurante es un caso especial. Se transforman los sulfuros especial. Se transforman los sulfuros metálicos no ferrosos en productos metálicos no ferrosos en productos solubles en agua.solubles en agua.

Cubre, por una parte, operaciones Cubre, por una parte, operaciones intermedias entre preparación de minerales intermedias entre preparación de minerales y concentración, y por la otra, operaciones y concentración, y por la otra, operaciones de recuperación y acabado de metales.de recuperación y acabado de metales.

Desde el Desde el punto de vista químicopunto de vista químico, en la , en la tostación pueden ocurrir reacciones de tostación pueden ocurrir reacciones de oxidación, reducción o magnetización oxidación, reducción o magnetización (reducción controlada), sulfatación o (reducción controlada), sulfatación o cloración.cloración.

TOSTADORSOLIDO

GAS AGAS B

CALCINA

Donde:

• composición química sólido composición química calcina

• composición química gas A composición química gas B

La La reacciónreacción principal es principal es gas-sólidogas-sólido, la que, la que cambia la cambia la naturaleza química del mineral o concentrado.naturaleza química del mineral o concentrado.

Tipos de tostaciónTipos de tostación Tostación oxidanteTostación oxidante

Tostación magnetizanteTostación magnetizante

Tostación sulfatanteTostación sulfatante

Tostación cloruranteTostación clorurante

Tostación carbonizanteTostación carbonizante

Tostación segreganteTostación segregante

Tostación volatilizanteTostación volatilizante

Tostación reductoraTostación reductora

EtcEtc

Tostación Oxidante:Tostación Oxidante: Transforma sulfuros en óxidos. Se facilita la Transforma sulfuros en óxidos. Se facilita la lixiviación. Ejm.: Zinc de Esfalerita.lixiviación. Ejm.: Zinc de Esfalerita.

Tostación Sulfatante:Tostación Sulfatante: Convierte sulfuros u óxidos en sulfatos Convierte sulfuros u óxidos en sulfatos antes de lixiviación. Ejm: Níquel de Pentlandita.antes de lixiviación. Ejm: Níquel de Pentlandita.

Tostación Clorurante:Tostación Clorurante: Convierte ciertos metales en cloruros Convierte ciertos metales en cloruros volátiles.volátiles.

Tostación Carburizante:Tostación Carburizante: Prepara metales refractarios o Prepara metales refractarios o calcinados para cloración. Ejm: Titanio y Zirconio.calcinados para cloración. Ejm: Titanio y Zirconio.

Tostación con Carbonato de Sodio:Tostación con Carbonato de Sodio: Ejm: Se extrae Cr como Ejm: Se extrae Cr como cromato de sodio que es lixiviable.cromato de sodio que es lixiviable.

Tostación Volatilizante:Tostación Volatilizante: Se elimina otros metales como óxidos Se elimina otros metales como óxidos metálicos y se condensan luego por enfriamiento. Ejm: Asmetálicos y se condensan luego por enfriamiento. Ejm: As22OO33, Sb, Sb22OO33, , ZnO.ZnO.

Tostación Sinterizante:Tostación Sinterizante: Modifica las características físicas de la Modifica las características físicas de la mena o el concentrado para aglomeración. Ejm: Menas de fierro.mena o el concentrado para aglomeración. Ejm: Menas de fierro.

Producción de Ácido Sulfúrico a partir de Piritas.Producción de Ácido Sulfúrico a partir de Piritas.

calcinacióncalcinación, ,

secadosecado

sinterizaciónsinterización

también son considerados procesos de tostacióntambién son considerados procesos de tostación

Reacción principal de tostaciónReacción principal de tostación

heterogénea heterogénea

exotérmica exotérmica

espontáneaespontánea

MeSsólido + 3/2 O2 gas MeO sólido + SO2 gas

Reacciones secundariasReacciones secundarias

En la fase gaseosaEn la fase gaseosa

En la fase sólida En la fase sólida

Reacciones secundariasReacciones secundarias e en la fase gaseosan la fase gaseosa Durante la tostación la fase gaseosa contiene losDurante la tostación la fase gaseosa contiene los

siguientes elementossiguientes elementos

Oxígeno (aire)

azufre (sulfuros)

hidrógeno (humedad)

nitrógeno (aire)

carbono (carbonatos)

Reacciones secundariasReacciones secundarias e en la fase gaseosan la fase gaseosa

Bajo las condiciones de un tostador que opere con Bajo las condiciones de un tostador que opere con atmósferas altamente oxidantes en la fase gaseosa atmósferas altamente oxidantes en la fase gaseosa tendremos solo presencia de: tendremos solo presencia de:

OO22

SOSO22

SOSO33

NN22

HH22OO

COCO22..

Reacciones secundariasReacciones secundarias e en la fase gaseosan la fase gaseosa

SOSO2 gas2 gas + + ½ ½ OO2 gas2 gas SO SO3 gas3 gas

GGoo= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule)= -21600 + 2,305 T logT + 13,44 T (joule)

es muy importante conocer la proporción de gases inertes para es muy importante conocer la proporción de gases inertes para predecir las presiones parciales de SOpredecir las presiones parciales de SO33 , SO , SO22 y de O y de O2.2.

)(pO pSO

pSO K 1/2

22

3

Reacciones secundariasReacciones secundarias e en la fase gaseosan la fase gaseosa SS2 gas2 gas + 2 O + 2 O2 gas2 gas 2 SO 2 SO2 gas2 gas

GGoo = -86520 + 17,48 T = -86520 + 17,48 T

K K a 700 a 700 oo

CC = 1,23 = 1,23 10101515

)(pO pS

pSO K 2

22

22 (atm)

pOpSO

10 pS2

2

215-2

De acuerdo a esto la descomposición pirítica está favorecida debido a que la presión de equilibrio es muy baja

Reacciones secundariasReacciones secundarias e en la fase sólidan la fase sólida MeSOMeSO4 4 MeO + SO MeO + SO33

MeSOMeSO4 4 MeO MeO22 + SO + SO22

2MeSO2MeSO44 MeO MeOMeSOMeSO44 + SO + SO33

MeOMeOMeSOMeSO44 2MeO + SO 2MeO + SO33

Ejm.: Ejm.: Reacciones de tostación del cobreReacciones de tostación del cobre Las especies mineralógicas mas comunes presentes en Las especies mineralógicas mas comunes presentes en los concentrados de cobre son:los concentrados de cobre son:

CuCu22SS

CuFeSCuFeS22

CuSCuS

CuCu55FeSFeS44

FeSFeS22

CuCu33AsSAsS44

Reacciones de tostación del cobreReacciones de tostación del cobre

FeSFeS2 2 FeS + ½ S FeS + ½ S22 (690 (690 ooC) C)

2CuS 2CuS ½ Cu ½ Cu22S + 1/4 SS + 1/4 S22 (560 (560 ooC)C)

CuFeSCuFeS22 ½ Cu ½ Cu22S + FeS +1/4 SS + FeS +1/4 S22 (1300(1300ººC)C)

CuCu55 FeS FeS445/2 Cu5/2 Cu22S+ FeS +1/4 SS+ FeS +1/4 S2 2 (1500(1500ººC)C)

Reacciones de tostación del cobreReacciones de tostación del cobre temperaturas temperaturas 500 500 ooCC

CuCu22S + SOS + SO22 + 3O + 3O 22 2CuSO 2CuSO44

CuS CuS + 2 O+ 2 O2 2 CuSO CuSO44

CuFeSCuFeS2 2 + 15/4 O+ 15/4 O2 2 CuSO CuSO44 + ½ Fe + ½ Fe22OO33 + SO + SO22

CuCu55 FeS FeS44 + SO + SO22 + 39/4 + 39/4 OO2 2 5 CuSO 5 CuSO44 + ½ Fe + ½ Fe22OO33

Reacciones de tostación del cobreReacciones de tostación del cobre

temperaturas temperaturas 6650 50 ooCC 2 CuFeS2 CuFeS22 + 7 O + 7 O22 CuOCuSO CuOCuSO44 + Fe + Fe22OO33 + 3 SO + 3 SO22

temperaturas mayores temperaturas mayores a a 900 900 ooCC tostación a muerte tostación a muerte

CuCu22O + FeO + Fe22OO33 2 CuFeO 2 CuFeO22 (ferrita cuprosa) (ferrita cuprosa)

CuO + FeCuO + Fe22OO3 3 2 CuFeO 2 CuFeO44 (ferrita cúprica) (ferrita cúprica)

Representación gráfica del equilibrio de Representación gráfica del equilibrio de tostacióntostación

Diagrama de Kellogg esquemático para el sistema Me-O-SDiagrama de Kellogg esquemático para el sistema Me-O-S

Las rectas del diagrama representan los equilibrios entre Las rectas del diagrama representan los equilibrios entre las fases condensadas siguientes:las fases condensadas siguientes:

Línea Nº 1:Línea Nº 1:MeMe(s)(s) + SO + SO22(g)(g) = MeS = MeS(s)(s) + O + O22(g)(g)

Línea Nº 2:Línea Nº 2:MeMe(s)(s) + ½O + ½O22(g)(g) = MeO = MeO(s)(s)

Línea Nº 3:Línea Nº 3:MeSMeS(s)(s) + 3/2O + 3/2O22(g)(g) = MeO = MeO(s)(s) + SO + SO22(g)(g)

Línea Nº 4:Línea Nº 4:MeOMeO(s)(s) + SO + SO22(g)(g) + ½ O + ½ O22(g)(g) = MeSO = MeSO44(s)(s)

Línea Nº 5:Línea Nº 5:MeSMeS(s)(s) + 2O + 2O22(g)(g) = MeSO = MeSO44(s)(s)

En los equilibrios de las reacciones En los equilibrios de las reacciones anteriores, el lugar geométrico de los anteriores, el lugar geométrico de los puntos para los cuales se alcanza el puntos para los cuales se alcanza el equilibrio entre las fases condensadas y el equilibrio entre las fases condensadas y el gas se representa por las ecuaciones gas se representa por las ecuaciones siguientes:siguientes:Para ecuación Línea Nº 1:Para ecuación Línea Nº 1:

logPlogPSO2SO2 = logP = logPO2O2 – logK – logKPara ecuación Línea Nº 2:Para ecuación Línea Nº 2:

0 = - ½logP0 = - ½logPO2O2 – logK – logKPara ecuación Línea Nº 3:Para ecuación Línea Nº 3:

logPlogPSO2 SO2 = 3/2 logP= 3/2 logPO2O2 + logK + logKPara ecuación Línea Nº 4:Para ecuación Línea Nº 4:

logPlogPSO2 SO2 = - ½logP= - ½logPO2O2 – logK – logKPara ecuación Línea Nº 5:Para ecuación Línea Nº 5:

0 = - 2logP0 = - 2logPO2O2 – logK – logK

Los diagramas de Kellogg indican Los diagramas de Kellogg indican también, si es posible realizar también, si es posible realizar procesos de Tostación Diferencial. procesos de Tostación Diferencial.

Cuando a una determinada Cuando a una determinada temperatura los diagramas de dos temperatura los diagramas de dos metales. Me y M tienen metales. Me y M tienen desplazamientos que muestran desplazamientos que muestran intersección es posible pensar en intersección es posible pensar en que se puede obtener un producto que se puede obtener un producto oxidado, MeO y otro sulfatado. oxidado, MeO y otro sulfatado.

Mediante tostación diferencial se Mediante tostación diferencial se puede efectuar:puede efectuar:

La separación del Cu con respecto La separación del Cu con respecto del Ni y Fedel Ni y Fe

La del Co con respecto del Cu y FeLa del Co con respecto del Cu y Fe

La del Ni con respecto del Co y Fe.La del Ni con respecto del Co y Fe.

Diagramas de equilibrio de los sistemasDiagramas de equilibrio de los sistemas

Cu-O-S y Fe-O-S Cu-O-S y Fe-O-S

Diagramas de Predominancia(Diagramas de Kellogg)

4222 CuSO 2 = O2

3 + SO 2 + OCu constant = p log

2

3- p log 2- = K log

22 OSO

Para el sistema Cu-S-O a 1000 K. Considera la coexistencia de Cu2O y Cu2SO4

una línea recta con una pendiente de

(-3/2)/2 = -3/4

vertical line

Línea vertical

Procedimiento:1. Escoger el Cu como elemento base2. Considerar la formación de cada compuesto sólido a partir de

un mol del elemento base, Cu. Digamos, por ejemplo, para el CuO

3. Obtener G0 desde las tablas de propiedades termodinámicas4. G es calculada tanto para pSO2 y pO2

5. El que resulta con el más negativo G es el compuesto estable

2/1O

0

2

2pln RT + G =G

CuO = O2

1 +Cu