Resumen pirometalurgia

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Uno de los procesos aplicados de la metalotermia es la obtención de cromo por silicotermia sin carbono de por medio, cuyas reacciones involucradas son las siguientes:

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Sin embargo, llevar a cabo este proceso en un reactor genera un gran problema. Si se alimenta el mineral (cromita) con silicio, se obtiene la fase metálica () y una fase escoria, pero de la sílice generada en la escoria tiene una cierta fijación con la cromita que no la deja reaccionar (), resultando en una pérdida de aproximadamente un de cromita. Para revertir este problema, se puede agregar caliza () que reacciona formando en la fase óxido que permita fijar o escorificar la sílice formada y minimizando el arrastre de cromita hacia la sílice, dando a lugar la formación de silicato de calcio (), reduciendo la pérdida de la aleación formada a un . [pic 61][pic 62][pic 63][pic 64][pic 65][pic 66][pic 67][pic 68]

Como la producción de sílice es cara (tiene un alto costo energético), se utiliza el proceso Perrin, que consiste en dos hornos en paralelo. En el primer horno, se funde y , obteniéndose una escoria fundida de y , con aproximadamente de cromita. Mientras que en el otro reactor se prepara una aleación de ferrocromo-silicio, mezclando cromita, coque y sílice en un horno eléctrico de reducción, generando y la aleación de , con un de , de y un de . Este producto se voltea en una cuchara, se alimenta con cal y un de cromita, de manera que se producen dos fases; esta cromita reacciona con la sílice de manera que el cromo pasa hacia abajo (fase metal) y la sílice hacia arriba (escoria), con lo cual se produce una escoria agotada (bajo contenido de cromo) y una aleación con un de . La escoria del primer horno se lleva a una cuchara donde además se ingresa la aleación anterior, ocurriendo el mismo mecanismo que la otra cuchara, formando una escoria fundida con un 15% de cromita, que es la misma que se alimenta a la segunda cuchara (el silicio va hacia la escoria) y un producto final de , con un contenido de un de .[pic 69][pic 70][pic 71][pic 72][pic 73][pic 74][pic 75][pic 76][pic 77][pic 78][pic 79][pic 80][pic 81][pic 82][pic 83][pic 84][pic 85][pic 86][pic 87][pic 88]

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Figura 1. Proceso Perrin para producción de ferrocromo por silicotermia

Obs: otras aplicaciones del horno eléctrico de reducción es la fabricación de carburos no metálicos, como el carburo de calcio, de aluminio y de silicio, que se usan como agentes reductores enérgicos (ver diagrama de Ellingham de carburos). El carburo de silicio (carburandum) se usa como abrasivos y como ladrillos refractarios para hornos (temperaturas sobre ).[pic 90]

Minerales sulfurados

En el caso de los sulfuros, las reacciones se escriben con respecto a la reacción de un elemento con . En general, los elementos que tenían una alta afinidad con el , lo tienen con el , y en los metales como el cobre y el hierro hay sulfuros superiores e inferiores; en el caso del , el (calcosina) es más estable que el (covelina), por lo tanto el es un sulfuro inferior, lo mismo ocurre con el hierro.[pic 91][pic 92][pic 93][pic 94][pic 95][pic 96][pic 97]

Los minerales sulfurados se tratan mediante un proceso de dos etapas, que son la fusión y la conversión, este a su vez consiste en dos etapas, que son el soplado a escoria y el soplado a cobre.

En el caso de la fusión tenemos reacciones como por ejemplo:

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En la etapa de fusión, todos los sulfuros independiente de su fórmula y naturaleza sólo llegan como productos y , que se conocen como eje o mate y es la materia prima para la etapa de conversión.[pic 103][pic 104]

En la etapa de conversión, existen dos etapas:

- Soplado a escoria:

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En este proceso, preferentemente se oxida el súlfuro de hierro a óxido y se agrega un fundente (sílice) para la formación de fayalita () que se fija en la fase escoria porque esta fase es inmiscible con la fase sulfuro. En el fondo del reactor queda (metal blanco) con algo de producto de un exceso de que pasa al soplado a cobre.[pic 110][pic 111][pic 112][pic 113]

- Soplado a cobre:

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Esta reacción puede ser formada a partir de dos reacciones del diagrama de Ellingham que son las siguientes:

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Dado que en el reactor solo queda , en la medida que se agregue suficiente para formar , este va a reaccionar con el para finalmente formar según la reacción (termodinámicamente esto es posible):[pic 120][pic 121][pic 122][pic 123][pic 124]

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El horno que permite hacer esta conversión es el de Pierce-Smith, es un horno basculante y en su modo de operación normal, en las toberas por donde se inyecta aire y ocurre la reacción anterior y por diferencias de densidad el metal se deposita en el fondo, luego le sigue el metal blanco y la escoria al final. El proceso continúa hasta que se acabe el metal blanco y luego se transfiere a una etapa de refino a fuego o moldeo de ánodos.

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Figura 2. Horno de conversión Pirece-Smith.

Este concepto de conversión se puede aplicar a otros sulfuros y existe una clasificación de estos que tienen distintas solubilidades:

Sulfuro

Metal

Mate

Escoria

Ejemplos

Salinos

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