LECHOS FLUIDIZADOS EN PLOMO

1. Introducción

Las reacciones químicas son por lo general las etapas más significativas de los procesos, y las que deciden su viabilidad económica; la conjugación de los factores puramente económicos y los aspectos químicos y físicos del problema constituye la parte de la ingeniería más genuina del ingeniero químico, denominada diseño de reactores químicos.

En primer lugar, pueden considerarse los cambios de composición y efectos térmicos (determinados por la estequiometria y termodinámica), y a continuación el aspecto cinético, cuya característica distintiva es la interacción entre la velocidad de la reacción química, la transferencia de materia, la transmisión de calor y el flujo de fluidos, que tienen lugar en muchas ocasiones simultáneamente.

En el estudio de las transformaciones químicas industriales debe considerarse tanto el desarrollo de modelos cinéticos a partir de los fenómenos de transporte (que permitan expresar la velocidad en función de las variables del sistema), como los modelos de reactores (por integración de los balances de materia, energía y momento, teniendo en cuenta los tipos de flujo y fases presentes).

La fluidización es un fenómeno que cuenta con gran experiencia dentro de la ingeniería. Su primera aplicación de importancia a nivel industrial tiene lugar a comienzos de los años 1940s, con los procesos de craqueo catalítico y, desde entonces, se ha empleado en muchas otras áreas. A lo largo de su historia, la fluidización ha aunado los esfuerzos de múltiples investigadores, de manera que son muchos los estudios que se han publicado sobre el tema. Pero la investigación no ha sido tarea fácil, resultando en ocasiones complicado establecer teorías y correlaciones uniformes. Muchos de los estudios se han hecho en instalaciones de pequeña escala, de comportamiento no siempre posible de extrapolar a las de gran tamaño, por lo que el diseño de las aplicaciones industriales ha requerido un cuidadoso escalado y minucioso pruebas previas a la puesta en marcha

2. Definiciones

o CALORES DE FORMACION.-  Es el cambio térmico que se utiliza para formar un mol de una sustancia entalpia; magnitud termodinámica cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, ósea, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno endotérmico: La entalpia es positiva, el compuesto recibe energía. Exotérmica: aquí la entalpia es negativa ya que el compuesto libera energía.

CALORES DE REACCION.-

Todas las reacciones químicas van acompañadas de absorción o desprendimiento de energía, que generalmente se manifiestan como calor. La termoquímica es una rama de la fisicoquímica que estudia los cambios térmicos a las diferentes transformaciones químicas y físicas este análisis es puramente teórico, ya que la parte experimental es estudiada por la calorimetría. Para una mejor compresión de la termodinámica, es necesario basarse en las dos leyes de termoquímica.

Ley de Hess y ley de Lavoseir- Laplace. Las cuales resultan ser una aplicación de la primera ley de la termodinámica a la química y por consiguiente la ley de la conservación de la energía. De una manera general diremos que para que ocurra una reacción química, o bien se absorbe calor o bien se desprende. Si se absorbe calor la reacción se denomina “endotérmica” y se cede calor; la reacción se denomina “exotérmica”. Definimos calor de reacción como el calor cedido o absorbido cuando las cantidades de reactantes especificadas por una ecuación balanceada, reaccionan completamente bajo condiciones establecidas.

El calor de reacción, Qr se define como la energía absorbida por un sistema cuando los productos de una reacción se llevan a la misma temperatura de los reactantes. Para una definición completa de los estados termodinámicos de los productos y de los reactantes, también es necesario especificar la presión. Si se toma la misma presión para ambos, el calor de reacción es igual al cambio de entalpía del sistema, ΔH r.

LECHOS FLUIDIZADOS

Son reactores continuos fluido-sólido donde un lecho de partículas encerradas en un cilindro vertical es fluidizado por una corriente líquida o gaseosa ascendente, con una velocidad suficiente (superior a la de sedimentación) para mantenerlas suspendidas y en movimiento, sin llegar su arrastre neumático fuera de la zona de fluidización. La fase sólida (reactivo o catalizador) puede fluir y extraerse continuamente a través de un rebosadero para su recirculación y/o regeneración.

Se usan principalmente en reacciones catalizadas por sólidos (ej. craqueo de hidrocarburos, FCC), o reacciones sólido-gas (tostación de sulfuros, etc.)

Sus principales ventajas derivan del movimiento rápido y desordenado de la mezcla, que logran una uniformidad de la temperatura, evitando aparición de las zonas calientes como suele ocurrir en los lechos fijos. Por otro lado, facilitan la regeneración continua de los catalizadores, cuando pierden su eficacia o sufren deposiciones (ej. carbonosas del craqueo), mientras que en reactores de lecho fijo son necesarios tanques de reserva para su renovación periódica. Como inconvenientes, la dificultad de eliminar calor sin interferir en la fluidización (una posible solución es introducir un fluido diluyente con la alimentación, aunque esto disminuye la velocidad de reacción). A veces se produce una pulverización progresiva de la fase sólida, con pérdida de lecho por arrastre de polvo. El cambio de escala presenta dificultades, por lo que suelen utilizarse a pequeñas escalas.

El diseño no tiene en general un modelo teórico de cálculo válido como los dos anteriores, por lo que deben basarse de forma realista en experimentos. Ninguno de los dos modelos ideales es aplicable rigurosamente, ya que presenta un comportamiento intermedio entre ambos: - no es un modelo de flujo de pistón, pues existe un cierto grado de retro mezcla debido a la agitación del sólido suspendido. - tampoco es de mezcla perfecta, pues esta no llega a producirse en toda su extensión.

Otras complicaciones derivan de la formación de burbujas en lechos fluidizados, aunque existen diseños para evitar las zonas muertas: aumentos directos de la sección o mandriles (para disminuir la velocidad del gas, con aumento de la conversión hasta un 10%), tubos horizontales u otros obstáculos (rompedores de burbujas), etc.

La fluidización es un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas. Desde un

punto de vista macroscópico, la fase sólida (o fase dispersa) se comporta como un fluido, de ahí el origen del término "fluidización". Al conjunto de partículas fluidizadas se le denomina también "lecho fluidizado".

En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene dada por la ecuación de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y el rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un punto en el que las partículas no permanecen por más tiempos estacionarios, sino que comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción del líquido o el gas. Los lechos fluidizados tienen variedad de aplicaciones, entre las cuales se pueden mencionar:

Clasificación mecánica de partículas según su tamaño, forma o densidad.

Lavado o lixiviación de partículas sólidas.

Cristalización.

Adsorción e intercambio iónico.

Intercambiado de calor en lecho fluidizado.

Reacciones catalíticas heterogéneas (incluyendo la descomposición catalítica del petróleo).

Combustión de carbón en lecho fluidizado.

Gasificación de carbón en lecho fluidizado.

Birreactores de lecho fluidizado.

Alimento : sólidos compuestos de pequeñas partículas.Productos : sólidos y gases.Fuente de calor :-transferencia de calor proveniente de gases precalentados, -combustión controlada en el lecho.

Características del proceso: composición y temperatura uniforme en el lecho, buen control, distribución de partículas rígidas (de poca longitud), continuo o por lotes.Velocidad de procesamiento determinada.

SECADOR DE LECHO FLUIDIZADOEl secador de lecho fluidizado está compuesto por los siguientes componentes principales:

o Cámara de Combustióno Wind boxo Fluoplate

o Cámara de Expansión

Descripción de componentes principales• Cámara de Combustión: Generalmente de diseño Helicoidal de alta turbulencia, alta temperatura, alta permanencia en el tiempo. Todo esto significa una completa combustión del combustible.

Fluoplate: El fluoplate que se inclina facilita la eliminación de material extraño de gran tamaño.Se emplea aire limpio para asegurar que la superficie superior permanezca fría, incluso con la detención (esto impide que el lecho se sobre caliente).Dispone de casquetes de bajo perfil que aseguran una fluidización apropiada al fondo del lecho.La parte superior y el fondo del fluoplate recubiertas con material refractario doble proporcionan resistencia estructural y estabilidad térmica.

Cámara de Expansión: Un cono de dispersión está incorporado en el punto de alimentación para interrumpir el impulso adquirido por la alimentación y dispersarla por sobre una gran sección cruzada del lecho.Previene aglomerados.Promueve temperaturas parejas del lecho.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

• Se dispone de una tolva de concentrado húmedo para alimentar el secador.• Tiene un filtro de mangas instalado en su parte superior con un ventilador que mantiene presión negativa en su interior.• El concentrado húmedo es recibido por el secador mediante una correa transportadora.

• Para evitar que el material se “cuelgue” en su interior debe disponer de inyectores de aire comprimido de planta, controlado por válvulas eléctricas.La tolva debe estar revestida interiormente para reducir la fricción del concentrado.• Además, debe contar con un sensor sónico de nivel y de control del peso de la tolva mediante sensores piezoeléctricos.• El alimentador peso métrico es accionado por un motor eléctrico con variador de frecuencia para regular su velocidad y pesómetro para determinar las toneladas por hora que transporta, lo que permitirá regular una velocidad constante de acuerdo a las necesidades de alimentación establecidas.La descarga al secador no requiere de válvulas rotatorias ya que la parte superior del secador (freeboard chamber) tiene presión ligeramente negativa. La posición del acceso permite que la distribución del material sea de forma simétrica.En el secador se pueden establecer tres áreas.– La inferior denominada Wind box corresponde a la llegada de los gases calientes que vienen de la cámara de combustión, desde aquí entran a los orificios de las toberas o jets de la placa de fluidización.– El área siguiente sobre la placa, corresponde al lecho fluidizado (Bed) donde se produce el secado del material.El concentrado se comporta como un fluido y desde aquí sale impulsado junto con los gases de descarga, pasando previamente por la parte superior correspondiente al áreafreeboard.– En el área freeboard se produce la entrada al secador del material concentrado húmedo, donde toma contacto con el material seco en su salida hacia el sector de limpieza de gases.El nivel del lecho fluidizado será medido de acuerdo a la presión que ejercerá el material en el lecho fluidizado.• La placa de fluidización de forma inclinada y la permanente recirculación de gravilla con horneado continuo, permite remover concentraciones no deseadas de material en el secador.• La temperatura del material en el lecho fluidizado (bed chamber) se utilizará para controlar el paso del combustible y del aire al quemador.La limpieza de gases se hará mediante un filtro de mangas compuesto por módulos independientes.• Los gases antes de entrar a las unidades del filtro de mangas pasan por una cámara de expansión (baffle chamber).• En esta área se produce la primera separación de los gases con el material en suspensión.• Además, se logra una primera barrera de contención de partículas no deseadas que podrían dañar las mangas.La salida del material seco desde las unidades del filtro de mangas a la tolva de compensación es con deslizadores de transporte neumático y válvulas rotatorias instaladas en sus descargas.• El control de la salida del material seco debe ser monitoreado permanentemente mediante el giro correcto de las válvulas rotatorias, la temperatura del material que está fluyendo en la salida y la circulación de aire.

• De esta forma se pretende evitar una acumulación no deseada de material en cada unidad del filtro de mangas, con lo que se hace innecesario instalar, para este propósito, un control de peso del filtro de mangas.

Aplicaciones de los hornos de lechos fluidizados

Tostación de concentrados sulfurados (zinc, cobre, molibdeno, piritas y arseno-piritas auríferas)

Fabricación de cemento Craqueo catalítico de hidrocarburos Secado de materiales Tostación de concentrados de cobre-arsénico para eliminar el arsénico. Calcinación de piedras calizas Aprovechamiento de finos de carbón y coque para producir vapor

El margen de temperatura recomendado en el lecho de un horno de tostación es entre 900-970 ºC; siendo el valor más favorable de 950 ºC: Para mantener esta temperatura se enfría el lecho fluidizado indirectamente por medio de superficies de enfriamiento y directamente por inyección de una pequeña cantidad de agua pulverizada.

La superficie de enfriamiento se ajusta al valor más favorable durante la puesta en marcha y luego se mantienen los valores determinados. La regulación de la temperatura se realiza por la variación de la cantidad de agua de inyección al horno y el ajuste de la adición de agua normalmente se realiza manualmente, pero puede realizarse a distancia.

Según el tamaño del horno fluidizado se instalan 4, 6 u 8 termopares en forma alternada: 4 termopares se elevan verticalmente desde la parrilla en el lecho fluidizado aproximadamente 200 mm; los demás están sumergidos horizontalmente desde la pared del horno. La temperatura del lecho es el promedio de las lecturas de los termopares que están en el lecho fluidizado, no debiendo diferir los valores entre sí en +/- 20 ºC; mayores diferencias podrían significar: termopares defectuosos o lechos fluidizados no homogéneos.

Las causas de un lecho fluidizado no homogéneo pueden ser:

Insuficiente cantidad de aire en relación con la cantidad de concentrado

Un porcentaje demasiado grande de grumos en el concentrado

Subida del valor de la resistencia del lecho por inadvertencia a más del valor máximo.

Engrosamiento del lecho

Siempre que se reconozca a tiempo el comienzo de diferencia de temperatura como indicación de no homogeneidad, se puede normalizar la capa de fluidización adoptando las siguientes medidas: aumentar la cantidad de aire y al mismo tiempo verificar que se reduzca la resistencia del lecho; para esto último se debe sacar 1 ó 2 placas de control de la altura del lecho en el aliviadero. Un aumento de la cantidad de aire de fluidización, disminuyendo la resistencia del lecho significa un revolvimiento del lecho fluidizado, de modo que se mezclen entre sí zonas con turbulencia diferente. De la descarga del horno se ha de tomar una muestra para realizar análisis de malla en la descarga del aliviadero y se compara con las fracciones de malla con valores anteriores de operación normal. Se debe mantener el caudal de aire aumentado y la resistencia de lecho disminuida hasta que se haya alcanzado de nuevo el espectro granulométrico original o normal.

Es indispensable comprobar a qué causa se debió la no homogeneidad

Si fue demasiado grande el porcentaje de grumos del concentrado, se ha de colocar en la zaranda vibratoria una malla de 15 mm

Si se sospecha engrosamientos de granos por influencia térmica (sinterización superficial), bajar la temperatura del lecho por inyección de agua. En casos extremos hacer estudios para comprobar si se ha de aumentar la superficie de enfriamiento.

Temperatura de salida del horno

En servicio normal la temperatura a la salida del horno se ajusta entre 930-970 ºC, en hornos de más de 250 t/día de capacidad. Directamente no existe una forma de regular la temperatura a la salida del horno. Si se sobrepasa la temperatura antes mencionada, se ha de intentar bajar la temperatura disminuyendo el caudal de aire primario; si esta medida no es suficiente disminuir la carga de concentrado.

Granulometría del lecho fluidizado

La granulometría del lecho fluidizado se comporta de acuerdo a los siguientes factores:

Caudal de aire Temperatura del lecho Granulometría del concentrado tratado Contenido de humedad

Resistencia de cama o altura del lecho

La resistencia de cama o altura del lecho es la pérdida de presión del aire primario al atravesar la capa de partículas en tostación y fluidización. Se mide en milibar (mbar). Como presión previa a la caja de viento de distribución del aire primario. En operación normal su valor es aproximadamente de 160 a180 mbar.

La descarga del horno se puede comparar con la descarga de una represa, ya que por encima del nivel fijado hay una descarga permanente. Durante el calentamiento del horno se añaden placas de acero termoestable a la descarga para evitar descargar sólidos de la cama, y luego con la alimentación de concentrado y una vez alcanzada la resistencia de cama normal, se retiran las placas adicionales que se pusieron al iniciar el calentamiento y se continúa con la operación normal.

Se puede incorporar una descarga por la parte inferior del horno, en la parrilla , la cual se abrirá periódicamente por medio de un dispositivo denominado atizador mecánico, cuyo objetivo es la descarga de los granos gruesos en el nivel de la parrilla, y que no son descartados durante la descarga normal. En algunos casos el funcionamiento de este dispositivo contribuye considerablemente a la estabilidad de la operación.

HORNO DE TRATAMIENTO TÉRMICOS

Horno de lecho fluidizado

Permite alcanzar temperaturas hasta de 10500C, su principio de trabajo permite obtener

gran homogeneidad en la temperatura de la cámara cuyas dimensiones son de 1 pie de

diámetro por 2 pies de altura. La atmósfera del horno puede trabajar con gases como

nitrógeno, propano o amoniaco, para tratamientos de superficie y convencionales.

COMBUSTIÓN EN LECHO FLUIDIZADO

Descripción de la tecnología

Generación de energía por combustión de combustibles fósiles, residuos y/o

mezclas de estos empleando la tecnología de lecho fluidizado tanto burbujeante

como circulante. Esta tecnología minimiza el impacto ambiental (control de

emisiones) y aumenta la eficiencia energética.

 La versatilidad de la instalación permite el tratamiento térmico de una gran

variedad de combustibles tanto sólido, líquido o gaseoso, como por ejemplo,

recortes de piel generados en la industria del calzado, biomasas residuales,

residuos de la industria petroquímica, de la industria del automóvil y otros

subproductos industriales con utilización energética

Ventajas

    Estos sistemas de combustión presentan diversas ventajas frente a los sistemas

convencionales:

Gran flexibilidad de combustibles; posibilidad de utilizar combustibles de bajo poder

calorífico y alto contenido en cenizas.

Relativamente bajas temperaturas de combustión (850ºC), lo que hace que las emisiones

de Nox sean menores y no se produzca la fusión de las cenizas, y la posibilidad de

retener los compuestos ácidos (SO2 y HCl) que se pueden producir en el proceso.

PROCESO DE FLUIDIZACIÓN

Imaginemos un lecho fluido dispuesto sobre una superficie porosa. Si un flujo de aire

desde abajo tiene la suficiente presión, mantendrá las partículas del lecho en suspensión.

Ester es un lecho fluido, donde las partículas del mismo están en suspensión, pero no en

circulación. El residuo se inyecta dentro del lecho en torno del sólido de manera uniforme.

El aire que fluidiza al lecho se calienta hasta la temperatura de ignición del residuo y este

se empieza a quemar (oxidar) dentro del lecho. La mayor parte de las cenizas permanece

en el lecho, pero luego sale de la incineradora a través del equipo de control de la

contaminación del aire. El calor que sube con los gases de combustión puede capturarse

en una caldera o utilizarse para precalentar el aire de combustión. Una buena combustión

requiere aire en exceso.

Tenemos como combustible carbón vegetal, y en la combustión va a emitir dióxido de

azufre, óxido de carbono y partículas en suspensión.

Cuando la central utiliza carbón como combustible, hecho que ocurre en centrales

pequeñas, se requiere carbón de bajo contenido en azufre para limitar las emisiones de

Dióxido de azufre a la atmósfera.

Una buena combustión representa una buena oxidación de los componentes orgánicos:

carbono e hidrógeno. Para conseguirlo, el aire, que contiene solo el 21% de Oxígeno en

volumen, debe mezclarse perfectamente con el carbono y el hidrógeno del combustible.

En un proceso homogéneo como este se requiere Tiempo, Turbulencia y Temperatura. Si

se disminuye uno de estos tres factores debe de aumentarse los otros dos para conseguir

igual grado de combustión.

Para hallar todo los kilomoles de oxigeno teóricos restamos los que hemos obtenido ahora

de los que ya teníamos antes para saber los que realmente teóricos tenemos.

Emisión de SO2.

Par cualquier potencia y tanto para instalación ese existentes como nuevas: 2400mg/Nm3

para las instalaciones que quemen hulla o antracita. Para las que empleen lignito, el

límite de emisión máximo será de 6000mg/Nm3.Nosotros suponemos que usamos lignitos

para estar dentro de la ley.

Emisión de CO.

El contenido en CO en los gases de combustión, para cualquier potencia y combustible,

no será superior a 1445ppm., que equivale a dos gramos termia o 4.8·10-10 Kg/Joule.

El concentrado de zinc se produce separando el mineral, que puede contener proporciones tan pequeñas como el 2 % de zinc, de la roca estéril mediante machaqueo y flotación, proceso que normalmente se lleva a cabo en la propia mina. A continuación, se reduce el concentrado de zinc por uno de estos dos métodos: pirometalúrgicamente mediante destilación (calentándolo en una retorta en un horno) o hidrometalúrgicamente por extracción electrolítica. Este último método es el que se utiliza aproximadamente en el 80 % del afinado total de zinc. El proceso de afinado hidrometalúrgico del zinc consta generalmente de cuatro etapas: calcinación, lixiviación, depuración y extracción electrolítica. La calcinación, o tostación, es un proceso a alta temperatura (700 a 1000 °C) que convierte el concentrado de sulfuro de zinc en un óxido de zinc impuro llamado calcina. Hay varios tipos de tostación: en horno multiplaza, o de varias soleras; en suspensión, y en lecho fluidizado. Por lo general, la calcinación comienza mezclando los materiales que contienen zinc con carbón. Después, esta mezcla

se calienta, o tuesta, para evaporar el óxido de zinc, que a continuación se extrae de la cámara de reacción con la corriente de gas producida.

La corriente de gas se dirige a la zona de la cámara de sacos (filtro), donde el óxido de zinc es capturado en el polvo de la cámara. Todos los procesos de calcinación generan dióxido de azufre, el cual se controla y convierte en ácido sulfúrico como subproducto comercializable del proceso.

El procesado electrolítico de la calcina desulfurada consta de tres etapas básicas: lixiviación, depuración y electrólisis. La lixiviación consiste en disolver la calcina capturada en una disolución de ácido sulfúrico para formar una disolución de sulfato de zinc. La calcina puede lixiviarse una o dos veces. En el método de la doble lixiviación, la calcina se disuelve en una disolución ligeramente ácida para eliminar los sulfatos. Después, se lixivia por segunda vez en una disolución más concentrada que disuelve el zinc. Esta segunda etapa de lixiviación constituye en realidad el comienzo de la tercera etapa de depuración, dado que muchas de las impurezas de hierro se separan de la disolución y del zinc.

Después de la lixiviación, la disolución se depura en dos o más etapas añadiendo polvo de zinc. La depuración de la disolución tiene lugar al forzar el polvo la precipitación de los elementos nocivos, con lo cual éstos pueden eliminarse por filtración.

Comúnmente, la depuración se lleva a cabo en grandes tanques de agitación. El proceso se realiza a temperaturas de 40 a 85 °C y a presiones comprendidas entre la atmosférica y 2,4 atmósferas.

Fundición de Plomo

Se inicia el proceso en la Planta de Preparación, en donde se dosifica el material

recirculante, los fundentes y los concentrados formando las camas de plomo. La

cama es tratada en la Planta de Aglomeración de Plomo en donde se reduce la

cantidad de azufre contenido mediante un proceso de tostación (“up draft”),

produciéndose un material aglomerado (“sinter”) con características físicas

apropiadas para ser tratado en los hornos de manga.

El material fino originado por el proceso es recuperado en filtros de bolsas y los

humos en el precipitador electrostático central. El aglomerado (“sinter”) de plomo

grueso, es fundido en hornos de manga usando como reductor y combustible el

coque, y un porcentaje de chatarra de fierro con el fin de prevenir la formación de

magnetita y evitar la pérdida de metales (Pb, Ag) en las escorias. El producto de

fusión que sale de los hornos de manga se denomina “plomo de obra”.

Al separar la escoria del plomo de obra, ésta se granula con agua a presión para

luego ser transportada y almacenada en el depósito de escorias de Huanchán.

El plomo, producido en los hornos de manga denominado plomo de obra, es

transportado a ollas receptoras donde es espumado. Las espumas son cargadas a

un horno de reverbero donde se separa la mata de cobre, el “speiss” (Cu-As, Sb) y

el plomo bullón. El plomo bullón retorna a la olla receptora mezclándose con el

plomo de obra limpio. Esta mezcla es “decoperizada” con la finalidad de eliminar

impurezas (Cu, As y Sb).

El plomo, una vez “decoperizado”, se calienta y se bombea a las ollas de la

sección moldeo donde se mantiene a 350 - 380ºC, a fin de llevar a cabo el moldeo

de ánodos en dos tornamesas horizontales.

Composición de Fundentes

Los fundentes que se utilizan en el proceso están constituidos por cuarzo, con un contenido promedio de SiO2 de 85,8%. La composición típica de estos materiales es:

Al2O3 : 2,6%

CaO : 0,8%

SiO2 : 85,8%

Características de los fundentes

Los fundentes que utiliza la fundición son cuarzo (SiO2), ceniza de soda (Na2CO3) y carbonato de calcio (CaCO3) y sus características químicas se pueden apreciar en la siguiente tabla:

Fundente

Componente (% peso)

CaCO3 Na2CO3 SiO2 CaO MgO FeO Al2O3

SiO2 -- -- 95,0 0,5 0,5 1,5 2,5

CaCO3 85,0 -- 5,0 -- 2,5 2,5 5,0

Na2CO3 -- 99,0 1,0 -- -- -- --

Caracterización de Fundentes

La composición de los cuarzos utilizados como fundentes es la siguiente:

Cuarzo Grueso

SiO2 : 95,9 – 96,9% Al2O3 : 0,77 – 0,97% CaO : 0,03 – 0,07% Fe : 0,41 – 1,02%

Cuarzo Fino

SiO2 : 82 – 95,2% Al2O3 : 1,1 – 7,76% CaO : 0,07 – 4,23% Fe : 0,64 – 0,96%

LECHOS FLUIDIZADOS EN PLOMO

El proceso principal de producción de plomo consta de cuatro etapas: sinterización, fusión, despumación y afinado piro metalúrgico. Para empezar, se introduce en una máquina de sinterización una carga compuesta principalmente de concentrado de plomo en forma de sulfuro de plomo. Pueden añadirse otras materias primas, como hierro, sílice, fundente calizo, coque, sosa, ceniza, pirita, zinc, cáusticos y particulados recogidos de los dispositivos de control de la contaminación. En la máquina de sinterización, la carga de plomo se somete a chorros de aire caliente que queman el azufre, creando así dióxido de azufre. El óxido de plomo que queda después de este proceso contiene alrededor del

9 % de su peso en carbono. A continuación el sinterizado, junto con coque, diversos materiales reciclados y de limpieza, caliza y otros fundentes se cargan, para su reducción, en un horno de cuba, donde el carbono actúa como combustible y funde el material de plomo. El plomo fundido fluye al fondo del horno, donde se forman cuatro capas: “speiss” (el material más ligero, básicamente arsénico y antimonio); “mata” (sulfuro de cobre y otros sulfuros metálicos); escoria del horno de cuba (principalmente silicatos), y lingote de plomo (98 % de plomo en peso).

A continuación se drenan todas las capas. El speiss y la mata se venden a fundiciones de cobre para la recuperación del cobre y de los metales preciosos. La escoria del horno, que contiene zinc, hierro, sílice y cal se almacena en pilas y se recicla en parte. En los hornos de cuba se generan emisiones de óxido de azufre debido a las pequeñas cantidades residuales de sulfuro y sulfatos de plomo contenidas en la carga de sinterizado.

El lingote de plomo en bruto obtenido en el horno de cuba requiere normalmente un tratamiento preliminar en calderas antes de ser sometido a las operaciones de afinado. Durante la despumación, el lingote se agita en una caldera especial y se enfría hasta justo por encima de su punto de congelación (370 a 425 °C). Una espuma, compuesta de óxido de plomo, junto con cobre, antimonio y otros elementos, flota hasta situarse en la parte superior y se solidifica por encima del plomo fundido. La espuma se retira y se lleva a un horno de espuma para recuperar los metales útiles que no son plomo. A fin de mejorar la recuperación de cobre, el lingote de plomo despumado se trata añadiendo materiales portadores de azufre, zinc, y/o aluminio, con lo que el contenido de cobre se reduce al 0,01 % aproximadamente.

CONCLUSIONESLa realización de este trabajo ha comprendido diferentes puntos, que se resumen a continuación:

La conjugación de los factores puramente económicos y los aspectos químicos y físicos del problema constituye la parte de la ingeniería.

La fluidización es un fenómeno que cuenta con gran experiencia dentro de la ingeniería.

Si la entalpia es positiva, el compuesto recibe energía.

Clasificación mecánica de partículas se da mediante su tamaño, forma o densidad.

Los lechos de fluidización se comparan al de un reactor continuo.