2. • INTRODUCCIÓN
• TOSTACIÓN DE SULFUROS
• TERMODINÁMICA DE LA TOSTACIÓN
• DIAGRAMAS DE ESTABILIDAD
• TIPOS DE DIAGRAMA DE ESTABILIDAD
• DIAGRAMAS DE KELLOGG
• ¿CÓMO SE CONSTRUYE EL DIAGRAMA DE
KELLOGG?
• ASPECTOS GENERALES DEL DIAGRAMA DE
KELLOGG
• SISTEMA Fe – S – O
• ALGUNAS DIFERENCIAS EN LOS DIAGRAMAS DE
KELLOG
• CONCLUSIONES
3. El comportamiento físico-químico de los sistemas
(M-O-S)
Metal – Oxígeno – Azufre, es de mucha
importancia para la comprensión de los procesos
de: Tostación • Oxidación de sulfuros
Fusión • Reducción del óxido de hierro
FeO parcialmente en estado
reductora líquido
• Formación de mezclas fundidas
Matificación de sulfuros de metales con
algunos óxidos.
4. • TOSTACIÓN
Es la oxidación de los sulfuros metálicos para
producir óxidos metálicos y bióxido de azufre.
MS + 3/2 O2 MO + SO2
5. Sulfatos
metálicos
Otras
reacciones
Óxidos
complejo Formació
s n de
ZnFe2O SO3
4
7. Las condiciones necesarias para la formación de
distintos productos de tostación pueden ilustrarse
mediante las relaciones de equilibrio que existen en un
sistema que contiene los siguientes tres componentes:
METAL OXIGENO AZUFRE
M O S
Se tienen 3 componentes y, de acuerdo con la regla de
las fases, se puede obtener un Máximo de 5 fases:
4 fases condensadas y 1 fase gaseosa
8. P + F=C+2
P =C+2–F
P =3+2–F F = 0 mínimo valor
3 componentes metal, oxigeno, azufre
Donde:
P = número de fases presentes en el equilibrio
C = número de componentes del sistema
F = número de grados de libertad del sistema (variables:
presión, temperatura, composición)
• El número 2 en la regla corresponde a las variables de
temperatura T y presión P.
9. • La fase gaseosa contiene normalmente SO2 y
O2, aunque SO3 y aún S2 pueden encontrarse
presentes.
• Entre estos componentes gaseosos existen los
siguientes equilibrios:
• S2 + 2O2 = 2SO2
• 2SO2 + O2 = 2SO3
10. Para una temperatura dada, la composición de la
mezcla gaseosa está definida por la presión
parcial de cualquiera de los dos componentes
gaseosos.
Para composición constante de gas, la
composición de las fases condensadas está fija.
Así las relaciones de fase en el sistema ternario a
temperatura constante pueden describirse por
medio de un diagrama bidimensional en donde las
coordenadas son las presiones parciales de los
dos componentes gaseosos. Estos son
denominados diagramas de Kellogg.
11. Los diagramas de estabilidad se usan para:
PREDECIR
REACCIONES
POSIBLES EN
SISTEMAS
METALÚRGICOS
CONOCER LOS
• Ejemplo:
FACTORES QUE
• Temperatura
RIGEN
LAS
• Presiones
REACCIONES
parciales
12. Hay innumerables diagramas de estabilidad.
Ejemplos:
Temperatura Vs. % Peso
Log PSO2 Vs. Log PO2
CO2 / CO Vs. Temperatura
Log Pi Vs. 1/Temperatura
13. Los diagramas de estabilidad de los sistemas M –
O – S, llamados también diagramas de
predominancia de áreas, muestra zonas o áreas
definidas, dentro de las cuales es predominante,
es decir estable, cierta especie, en función de
presiones parciales y temperatura. Estos
diagramas tienen particular importancia en
metalurgia extractiva, porque conociéndoles, se
puede llegar a establecer el proceso a seguirse en
cierto tipo de concentrado.
14.
15. Las áreas predominantes, en función de presiones
y temperatura, darán pautas para determinar si el
proceso conveniente será una tostación:
sulfatante, oxidante, tostación – reducción, etc., o
una reducción directa, o reducción previa
oxidación de sulfuros, o tostación seguida de
lixiviación, etc.
Las líneas muestran los equilibrios bivariantes y
los puntos muestran equilibrios univariantes
(equilibrios entre tres fases).
16. 1)Se identifica cada una de las reacciones
2MeS + 3O2 → 2MeO + 2SO2
2MeS + 2SO2 + O2 → 2MeSO4
2)Se obtienen las constantes de equilibrio
con la siguiente ecuación:
ΔGT ° = -RT LN (k)
17. • 3) teniendo la constante K, las reemplazamos en
la ecuación de constante de equilibrio:
• 4) luego aplicamos logaritmos a ambos lados de
la igualdad y despejamos log Pso .
2
Log Pso = 1/2Log K + 3/2Log Po
2 2
Log Pso = -1/2Log K - 1/2Log Po
2 2
18. 5) Después graficamos log (Pso2) vs. log
(Po )
2
“Con este procedimiento vamos a obtener
las líneas de estabilidad termodinámica,
según la reacción seleccionada.”
19. •Para una estequiometria de reacción dada, la
forma de la expresión de equilibrio es la misma
para todos los metales, solo los valores de las
constantes de equilibrio K, son distintos de
metal a metal.
•Las líneas que se obtienen representan el
limite de estabilidad termodinámico.
•El área que queda entre las líneas se va a
llamar área de predominancia o de estabilidad
de fase en particular.
20. • Cuando la tostación se efectúa en aire, la suma
de las presiones parciales de SO 2 y O es
2
alrededor de 0.2 atm.
• La temperatura de formación de sulfato difiere
considerablemente de metal a metal. la mayor
temperatura de tostación se alcanza en el caso
del plomo y el zinc y menores temperaturas en
caso del cobre y níquel.
• Durante la tostación de menas de sulfuros
complejas pueden ocurrir otras reacciones.
• Los óxidos producidos pueden reaccionar entre
si dando óxidos complejos.
38. Difícil obtener una tostación completa,
debido a la difusión a través de las capas
de sulfatos.
39. • El diagrama de Kellogg es una herramienta de
gran ayuda para controlar las reacciones que
ocurren durante la tostación, indicándonos la
estabilidad termodinámica que hay en ellas, y
pudiendo a su vez predecir el producto que se
va a obtener con las condiciones de presión
existentes durante el proceso.
• Existe un diagrama representativo para cada
temperatura.
40. • La línea de equilibrio de un diagrama de
Kellogg será vertical cuando en la reacción
solo exista oxígeno. Dicha línea será
horizontal cuando en la reacción solo exista
dióxido de azufre. La línea presentará
pendiente en el caso donde existan ambos
gases.
• La determinación de la zona que ocupa uno
de los componentes del equilibrio se hace
conociendo el equilibrio de uno de los
componentes en otras reacciones y su
distribución en el sistema.
41. • MALDONADO CERÓN, Luis Alfonso. Fundamentos de
los procesos pirometalúrgicos. Bucaramanga: UIS, 1985.
• ROSENQVIST, Terkel. Fundamentos de metalurgia
extractiva. México: Limusa, 1987. 564p.
• JOFFRÉ, Juan. Termodinámica metalúrgica. Universidad
Autónoma de San Luis Potosí, 1993.
• GASKELL, David. Introduction to metallurgical
thermodynamics. Washington: Scripta publishing, 1973.
520p.
• COUDURIER, Lucien. WILKEMIRSKY, Igor.
Fundamentos de los procesos metalúrgicos. Chile:
Universidad de concepción, 1971. 536p.
