METALURIA DEL PLOMO

La tostación de los minerales de plomo se puede realizar en hornos de ejes vertical semejantes a los que se usan para el cobre. Pero generalmente se practica tostación con corriente de aire, forzada usándose maquinas Dvight – Lloyd y se deja una pequeña cantidad de azufre por lo que se forma algo de mata en el horno de cuba, (FeS, PbS) y se atrapa casi todo el cobre cargado como Cu-S .Otro método elimina todo el 1 -azufre del mineral (tostación a muerte) y por ende no se forma mata durante el plomo bullón conjuntamente con los metales preciosos y analiza +99% de plomo; lo que implica que en los cálculos se asume como puro.

Royd Dudley ha analizado e ilustrado los cálculos de carga de plomo en los hornos de cuba. Mientras que J.O. hoftman( Metallurgy of Lad” gg 345-351) ha calculado con detalle la balance de materia y energía de este proceso

Además del horno de cuba para la fundición de minerales de plomo, se usa en la fusión de altura baja.

El plomo bullón obtenido del horno de cuba debe ser refinado para extraer los metales preciosos. El desplatado del plomo que generalmente por el proceso Parles, en el cual se agraga una cantidad pequeña, de zinc al plomo fundido por la que la plata y el oro se unen con el zinc y ascienden a la Parte superior de la olla en forma de una costra de zinc.

Aunque se ha demostrado la formación de una aleación tornaría de plata, zinc y plomo. También se tiene el compuesto Ag2Zn2 dos cálculos se basaran en parte sobre esto hechos obteniéndose una exactitud respetable del valor principal del desplatado, además es necesario considerar los aspectos generales del proceso y las relaciones de estos no se requiere un estudio especial

El proceso de deslatado de Pattison aunque actualmente no tienen mucha apliacion, novedosos en teoría y proporción cálculos interesantes de la costra de Zinc obtenido en el proceso Parkes es tratado por destilación para eliminar el Zinc, mientras se somete a esto introdujo cálculos de evaporización.

PROBLEMAS

1.- si un horno mecánico begde se tuestan concentrados de plomo que están compuestos de PbS, FeS2 y humedad y, contienen en % 31 SiO2, 11S, 8 H2O

El PbS es oxidado completamente a PbO y SO2 mientras el FeS2 a Fe3O4 y SO2 y parte se mantiene como FeS el que contiene 10% del peso de azufre de los concentrados brutos. Los gases contienen 6% de SO2

CALCULAR:

1. Los % de PbS, FeS2 y SiO2 en los concentrados (análisis seco)

2. La composición en % de material tostado3. El % de exceso de aire usado sobre el requerido teóricamente por las reacciones de

tostación4. La composición

SOLUCION:

31/92 = 33.70 % de SiO2, 11/92 = 11.96 de S en los concentrados secos

Porcentaje de Pb y Fe en los concentrados si Pb

X + y + 33.70 +11.96 = 100

Resolviendo simultáneamente 81) y (2), Pb = 50.78 %

PbS = 50.78 x 239/207 = 58.6 %

FeS = 3.57 x 120/56 = 7.7 %

SiO2 = 31/92 = 33.7 %

FeS2 tostado = 7.7 -0.10 x 11.96 x 120/32 = 3.2 partes

Composición del material tostado:

PbO = 58.6 x 223/239 = 53.7 partes = 58.3 %

FeS = 1.196 x 88/32 = 3.3 = 3.5%

FeO = 3.2 x 232/360 = 2.1 = 2.2%

93.8 partes = 100.0

2PbO + 3O2 = 2PbO + 2 SO2; O2 = 3 x 22.4/ 2 x 223 x 54.7 = 8.24 m3

3 FeS3 + 8º2 = Fe3O4 + 6SO2; O2 = 8 x 22.4 / 232 x 2.1 = 1.62 m3

FeS + O2 = FeS + SO2; O2 = 22.4/88 x 3.3 = 2.04

O2 teórico requerido = 39.70 m3

Aire requerido para las reacciones = 10.70/0.10 = 50.95 m3

Volumen de los gases sin el exceso de aire:

SO 2 = (0.90 x 11.96) 22.4/32 = 7.53 m3

N2 = 0.79 x 50.95 = 40.25

H2O = 8 x 22.4/18 = 9.96

Total = 57.74 m3

Volumen de los gases con el exceso de aire = 7.53/0.06 = 125.5 m3

Exceso de aire usado = 125-57.54 = 67.76 n3

67.76/50.95 = 133 de exceso de aire usado

Composición de los gases

O2= 0.21 x 67.76 = 14.23 m3 = 11.2%

N2 = 40.25 + 0.79 x 67.76 = 93.78 = 74.2 %

SO2 = 7.53 = 7.53 = 6.0%

H2O= 9.96 = 9.96 = 8.6%

= 125.55 m3 = 100.0 %

2. Ciertos concentrados de Plomo contiene PbS; FeS2 y SiO2 y además 8 % de H2O 28 % SiO2 y 11% S. son tostados hasta un contiendo de 4% de y esta compuesta de FeS: PbS y PbO combinado con la con la SiO2 como silicato

El horno se calentó con carbón que contiene % 72 C, 4H, 8H2, 3H2O, 18 ceniza.

Los gases del horno (análisis seco) tiene 3% SO2, 3.5 CO2, 10.5 O2

Despreciar la humedad del aire.

CARGA NETAL MATA ESCORIA GASESFe2SIO4 = 0.8SiO2 = 3.6Al2O3 = 2.1

PiritaFeS = 25.0Fe2O3 = 184.3SiO2 = 43.8

Al2O3CaO = 17.6H2O = 5.9

Coque (118)C = 100.1S= 0.7H2O= 7.4SiO2 = 9.8Aire ( 456)E= 350.2U

Total= 1.574

Fe = 0.4

FeS = 15.1

202.1

SiO2 = 0.5SiO2 = 3.1Al2O3 = 2.1

Fe = 3.9Fe = 1239.0SiO2 = 43.8

Al2O3 = 17.3CaO = 17.6

SiO2 = 9.8

462.3

CO2 = 0.2

O = 55.3

H2O = 5.9

C= 100.1H = 0.7H2O = 7.4

N = 350.32O = 49.6

656.6

Composición de la mata:

PbS = 10.6 x 239/207 = 12.2 Kg = 6.0 %

Cu2S= 0.01 x 621 = 6.2 = 3.1

ZnS= 0.08 x 621/3 = 16.8 = 8.5

FeS= 120.9 / 2 x 88/26 = 95.0 = 47.0

Fe = 120.9/4 = 30.2 = 15.9

Fe3O4 = 19.2 x 232/168 = = 41.7 = 20.7

= 202.1 Kg = 100.0 %

Composición de la escoria

SiO2 = 20.3 + 31.4 + (0.2+3.6)

+ 43.8 + 9.8 = 139. Kg = 30.1 %

Cao = 19.9 + 41.9 + 17.6 = 79.4 = 17.2

Feo= 158.9 x 72/99 = 178.6 = 38.6

PbO= 2.7 x 223/207 = 2.9 = 0.6

ZnO= 22.4 x 81/65 = 27.9 = 6.0

MgO= 11.8 + 1.8 = 13.6 = 2.9

Al2O2 = 1.9 + 2.1 + 17.3 = 21.3 = 4.6

= 462.8 Kg = 100.0

Paso de oxígeno a combinarse con el C del coque = 157.6 Kg (según el balance de materia)

100.1 x 16/12 = 133.5 Kg de oxigeno requerido por el CO; formado 233.6 Kg de CO y sobrando 157.6 – 133.5 = 24.1 Kg de oxígeno para transformar algo de CO a CO2

CO oxidado a CO2 = 24.1 x 28/16 = 42.2 K formado 66.3 Kg de CO2 y sobrando 233.6 – 42.2 = 191.4 Kg de CO. Total de CO2 en los gases = 66.3 ; 32.9 + 1.0 = 101.1

Composición de los gases.

CO = 191.4 x 22.4/28 = 134.1 m3 = 27.3 %

CO2 = 101.1 x 22.4/44 = 51.5 = 10.5

H2= 0.7 x 22.4/2 = 77.8 = 1.6

H2O = 13.3 x 22.4/18 = 16.6 = 3.4

H2= 351.2 x 22.4/28 = 280.2 = 57.2

= 490.2 m3 = 100.0

12.- un horno de cuba fundió por día una carga que contiene 155 tons de mineral sinterizado, 13 de caliza, 55 de pirita, 3 deshechos de refinería y 28 de coque

Estos materiales analizaron aproximadamente lo siguiente

Sinter % Desechos de Refinería %

Caliza % Escoria de pirita %

Coque %

PbS = 18PbSO4 =6PbPbO = 28CuS = 1Fe2O3 = 19SiO2 = 22CaO = 6CaCO30

25

72

5

95

2908 10

90

Asuma que la mata contiene todo el azufre además el sinter contiene 80 oz de Ag ton. El que pasa al Pb bullón con su totalidad y que dos tercios del Cu ingresan a la mata y un tercio al Pb bullón

La escoria contiene 10 parftes de FeO y 7 partes de SiO2. Mientras los gases contienen 1.5 partes de CO y 1 parte de CO2

Calcular:

1.- el balance de materia completo del horno

2.- la composición en % de cada uno de los productos

3.- el % de C del coque que es quemado en las toberas asumiendo que el 90% de este forma CO y el 10 % CO2

Solución:

Sinter ( 155.000)

PbS = 27.990; Pb = 20.509 Pb = 3.655

S= 3.736

PbSO4 = 9.300; Pb = 6.353 ; S = 982 O = 1.965

PbO = 45.400 ; Pb = 40.286 O = 3.114

Cu2S = 1.550 ; Cu= 413 = 826

S = 310

Fe2O3 = 29.450 Fe = 7.572 FeO = 16.770 O = 5.108

SiO2 = 34.100 SiO = 34.100

CaO = 9.300 Cao = 9.300

= (13.000)

SiO2 = 650 Sio2= 650

CaCO3 = 12.350 CaO = 6.916 CO2

Pirita( 53.000)

Cu2S = 1.060 Cu= 283 Cu = 566

S = 212

Fe2O3 = 47.700 Feo = 42.930 O = 4.770

SiO2 = 4.240 SiO2 = 4.240

Coque = (28.000) SiO2 = 2.800

SiO2 = 2.800

C = 25.200 C = 25.200

Aire (131.328) N = 100.000

N = 100.860 O = 30.000

O = 30.458

Total = 388.328 75.414 17.859 119.706 177.349

Cu en el plomo bullón = 128/160 ( 1.550 – 1.060 ) 1/3 = 696 Kg

S en la carga = 27.9000 x 32/239 + 9.300 x 32/303 + 1550 x 32/160 + 1.060 x 32/150 = 5.240 Kg

SiO2 total en la escoria = 34.1000 + 650 + 424 + 2.300 – 41.790 Kg

Fe en la escoria = 41.790 x 10/7 = 59.700 Kg

Fe en la carga = (29.450+ 47.300) 112/160 = 54.005 Kg

Fe en la mata = 54.005 – 59.700 x 56/72 = 7.572 Kg

S con el Cu y Fe de la mata = 696 x 32/64 + 7.572 x 62/56

S con el Pb de la mata = 5.240 – 4.675 = 565 Kg

Pb presente en la mata = 565 x 207/32 = 3.655 Kg

C total en los gases = 0.90 x 28.00 + 0.95 x 13.000 x 12/100 = 26.682 Kg

O requerido para el CO = 1.5/2.5 x 26.682 x 16/12 = 21.346 Kg

O requerido para el CO2 = 11/2.0 x 26.682 x 32/12 x 28.461/49.807

Total de oxigeno disponible en la carga = 15.387 + 5.454 x 2/44 = 19.339 Kg

Oxígeno a ser suministrado por el aire que 49.807 – 19.339 = 30.468 Kg

Peso de aire usado = 30.468/0.232 = 131.328 Kg

Plata en el plomo bullón = 80 x 155 x 0.0311 = 386 Kg

Oza troy 0.0321 Kg

Composición del plomo bullón:

Pb = 74.718 Kg = 98.6 %

Cu = 696 = 0.9

Ag = 386 = 0.5

75.800 100.0

Composición de la mata:

Pb = 5.655 Kg = 20.5

Cu = 1.392 = 7.8

Fe = 7.572 = 42.4

S = 3.240 = 29.3

17.859 100.00

Composición de la escoria:

Sio2 = 41.790 = 35.5

FeO = 59.700 = 50.7

CaO = 16.216 = 16.8

117.706 = 100.0

Composición de los gases:

CO = 21.146 x 22.4/16 = 29.884 m. = 22.9

CO2 = 28.461 x 22.4/32 = 19.923 = 15.3

N2 = 104.860 x 22.4/28 = 80.688 = 61.3

= 130.495 m3 = 100.0

C consumido por el oxígeno del aire:

30.468 x 24/32 x 0.90 = 20.566 Kg

20.566/25.200 = 81.6 % C del coque consumido frente a los toberas

13.- En el horno de cuba del problema anterior, la temperatura en C de Pb fluyente es de 600 de la mata, 1200 y de los gases salientes de la boca del convertidor 300

El contenido calorífico en Kcal de la mata a 1000°C y de la escoria a 1150 °C es de 200 y 290 mientras el calor específico (liquido) e de 0.15 y 0.26 el calor de formación de la escoria es de 160 kcal por kilogramo de SiO2

Despreciar el calor de la carga y aire ingresante.

Calcular: el balance térmico del horno de cuba

Solución:

C a CO = 21.346 x 12/16 = 16.010 Kg

C a CO2 = 25.200 – 16.010 = 9.190

Calor generado por C a CO2 = 16.010 x 2.430 = 38.904.300

Calor secado por Ca CO2 = 9.190 x 8.100 = 74.439.000

Calor obtenido de la combustión del coque 113.343.300

Oxidación de Fe a FeO = 46.433 x 1.151 = 53.444.383

Formación del PbS = 3.655 x 107 = 591.085

Formación del Cu2S = 1.392 x 149 = 207.408

Formación de FeS = 7.572 x 414 = 3.134.808

Formación de la escoria = 41.790 x 160 = 6.686.400

Calor total disponible = 177.207.384 Kcal

Descomposición del PbS = 24.164 x 107 = 2.585.548

Descomposición del PbSO4 = 6.353 x 1.054 = 10.192.358

Descomposición del Fe2O3 = 54.005 x 1.777 = 95.966.885

Descomposición del CaCO3 = 6.916 x 775 = 5.359.900

Calor total absorbido en la descomposición = 121.111.865 Kcal

Calor de la mata = 17.859(200 + 0.15 + 200) + 107.570

Calor en la escoria = 117.706 ( 209 + 0.26 x 50 ) 55664.754

Calor sensible de la gases (véase abajo) = 12.834.754

Calor periodo por radiación etc.( por diferencia) = 1.544.385

Calor total distribuido = 117.207.38 Kcal

Calor sensible del plomo bullón a 600 °C

Pb = 74-718/16.4 + 0.033 ( 600 – 327) = 3.393.510 Kcal

Cu = 686 (0.092 + 0.00012 x 600 ) 600 = 41.551.

Ag = 286 ( 0.0557 + 0.000067 x 600)600 = 13.831

= 1.053.803 Kcal

Calor sensible de los gases a 300 °C

CO = 110.572 (0.302 + 0.00022 x 300) 300 = 10.236.755

CO2 = 19.923(0.406 + 0.00090 x 300) 300 = 2.587.998

Total = 12.824.753 Kcal

34.- Un horno de cuba de 100 tons cortas de carga día que contiene 14 % Pb y 26 oz por ton. El coque usado pesa 10% de la carga y contiene 90 % de C mientras que los carbonatos de 1 cargas contienen C igual al 1.5% de la carga. Los gases salieron de la boca del horno a analizar 17 % de CO y 16% de CO2. Asuma que todo el C quemado en las toberas se transformó a CO.

La temperatura máxima en la zona de fusión de 1300 °C y la de los gases en la boca de horno es de 450 °C la presión del horno en la zona de las toberas es de 25 tons.

Asuma que los gases de la zona de fusión contienen saturarse con vapor de plomo y la plata y , de que sus presiones de vapor no están afectados por la disolución de la placa en el plomo

Calcular:

1.- El peso de plomo, plata caliente del horno como vapor, por día

2.- El porcentaje del plomo y plata total que se evaporado en la zona de fusión

3.- A que temperatura de los gases calentando el plomo y plata cargado debería perderse como vapor

SOLUCION:

= 12/45 x (0.17 + 0.26)

Vapor del plomo a 450 °C

P = 2.190/1.00 x 7.145 P= 0.0000054 m

Plomo periodo como vapor:

Presión de vapor de la plata a 450 °C

P = 13.270/733 + 3.125 P= 7.43 x 10-11

Peso de plata perdido como vapor ( = 14.583)

7.45 x 10-11 / 760-7.43 x 10 – 11 x 1.909.091 = 1.87 x 10-7 pies3 x 103 x 14.53 = 1.0 x 10-6 oz

Volumen de los gases de la zona de fusión a 760 mm:

CO = 18.800 x 359/122 = 533.00 pies

N2 = 29/21 x 5.800/2 = 1.012.893 / 1.551.393 pies

A las condiciones de esta zona = 1(551.393 x 760/785) = 1.501.986 pies3

Presión del vapor del plomo a 1300 ° C

P = 19.400/1.373 x 7.445 p= 40.06

Volumen de Pb volatilizado en la zona de fusión a 760 mm

1.006/785 – 4.006 x 11301.86 = 7.704 pies 3 = 785/760 = 7.957 pies3

7.957 x 207 x 207/359 = 4.588 lb de Pb equivalente a este volumen

7.957/ 0.14 x 200.000 = 16.4 % de Pb evaporado en la zona de fusión

Presión de vapor de la plata a 1300 °C

Log p = 13.270/1.575 x 8.225 p= 0.615 mm

Volumen de la plata volatilizada en la zona de fusión a 760 mm

0.0615/785 – 0.0615 x 1.501.986 = 117.6 pies3 x 785 /760 = 121.5 pies3

121.5 x 108/359 = 36.6 lb de plata equivalente a este volumen

Plata presente en la carga = 26 x 100/14.583 = 20.5 % de plata evaporada en la zona de fusión

Plomo contenido l pie 3 de mezcla gaseosa = 28.000/1.909.091 = 0.0147 lb = 0.0255 pies3

Presión parcial del vapor de plomo = 0.0255 x 760 = 19.38 mm

Log 19.38 = 9.190 / T + 7.445

T= 1.492 K = 1.219 °C

Plata en l pie3 de gases = 178/1.909.091 = 0.000093 lb = 0.00031 pies3

Presión parcial del vapor de plata = 0.00031 x 760 = 0.2356 mm

Log 0.2356 13.270/ T + 8.255

T = 1.499 k = 1.226°C

15.- Ciertas concentrado de plomo tienen el siguiente análisis:

Pb = 72 %

Fe = 5 %

S = 14 %

SiO2 = 5%

CaO = 3.3 %

Todo el Pb esta como PbS, el Fe como FeS y el CaO como CaCO3.

Se desea tratar este mineral por el método tostación reacción.

Las reacciones de la etapa de tostación son además de la descomposición del CaCO3

2 PbS + 3º2 = 2PbO + 2SO2

PbS + 2º2 = PbSO4

4 FeS + 2 Fe2O3 + 4SO2

Al terminar esta etapa todo el FeS ha sido oxidado y solo parte del PbS. El PbS oxidado ha sido divido entre las dos reacciones anteriores en tal proporción que se ha formado el triple de PbO en relación al peso del PbSO4

Las reacciones fueron

PbS + 2PbO = 3Pb ++ SO2

PbS + PbSO4 = 2Pb + 2 S02

Se trató de continuar la reacción a( asuma de que asi sucede ) hasta que todo el plomo de los concentrados se haya reducido a Pb, sin dejar PbS, PbO, PbSO4

Calcular:

1.- El análisis aproximado de los concentrados

2.- El peso del mineral al terminar la etapa de tostación y, son análisis aproximado, por 1.000 partes del centrado original

3.- el % del S original que es eliminado como SO2 en la carga de tostación y, el del PbS original que permanece sin reaccionar