Resumen pirometalurgia
Enviado por Carlos Hidalgo • 15 de Noviembre de 2016 • Apuntes • 4.889 Palabras (20 Páginas) • 314 Visitas
Resumen Pirometalurgia
Ferroaleaciones
Las ferroaleaciones son importantes para aceros especiales, en particular los aceros inoxidables. Otras aplicaciones son la desoxidación de aceros (reductores), pues están carburizadas y sirven como reductores enérgicos. Los métodos de obtención de ferroaleaciones pueden ser mediante carbotermia, en el cual el mineral se trata a alta temperatura con carbono en un horno eléctrico de reducción. Lo que ocurre además en este proceso, es la competencia de reacciones de carburización. De acuerdo al diagrama de Ellingham, el carbono (coque) es un excelente reductor a altas temperaturas según la reacción:
[pic 1]
- Producción de ferrosilicio
La reducción de la sílice tiene la siguiente reacción:
[pic 2]
A altas temperaturas, la sílice fundida con un exceso de da a lugar a la siguiente reacción:[pic 3]
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En presencia de , se reduce el riesgo de formación de (problema en fabricación de ferroaleaciones) y se descompone para dar a lugar ferrosilicio según la reacción:[pic 6][pic 7]
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Como el proceso se lleva a cabo a altas temperaturas, además se forma , que produce grandes pérdidas de al ser un compuesto volátil y el consumo energético aumenta a medida que hay mayor pérdida de , por ejemplo, para de con un consumo de 15000 [kWh] por tonelada de Si.[pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]
- Producción de ferromanganeso
Los óxidos de Mn como el , y el , que son óxidos superiores, se pueden reducir de forma viable a MnO mediante reducción con algún gas reductor o por descomposición térmica. A altas temperaturas, el se puede reducir según la reacción:[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]
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En un horno eléctrico de reducción se puede obtener carburo de manganeso con un contenido de Mn de hasta un 80% según la reacción:
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Sin embargo, para reducir el contenido de carbono al Mn se le agrega el Mn que está fundido, de forma que el oxígeno se reduzca con el carbono, pasando de un 7-8% de C a un porcentaje inferior al 3.5% de C. La reacción que se lleva a cabo es la siguiente:
[pic 24][pic 25]
Para llegar a Mn puro o ferromanganeso sin contenido de carbono, se puede obtener a través de metalotermia o por electrólisis en medio acuoso.
- Producción de ferrocromo
La materia prima en la producción de ferrocromo es la cromita (, donde en el horno eléctrico de reducción () ocurren las siguientes reacciones:[pic 26][pic 27]
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Ambas reacciones, a bajas temperaturas no son termodinámicamente favorables, sin embargo a altas temperaturas la segunda reacción se hace favorable primero. Lo que resulta de este proceso es un ferrocromo carburado (charge chrome), con un contenido aproximado de un de con un de , que tiene limitadas aplicaciones debido al alto contenido de carbono. Para reducir el contenido de carbono, se puede llevar a una etapa posterior de reacción con o con y en un convertidor, donde el contenido de carbono llega aproximadamente a .[pic 34][pic 35][pic 36][pic 37][pic 38][pic 39][pic 40][pic 41]
Metalotermia
Es un proceso en el que un óxido es reducido con otro metal diferente para dar a lugar a lugar a un óxido de competencia junto con el metal puro, como se muestra en la siguiente reacción:
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Para que esta reacción sea viable, se debe cumplir que tenga mayor afinidad por el oxígeno que . En general, este tipo de reacciones para que tengan sentido como proceso productivo, debe cumplirse que y a su vez, como no hay gases involucrados, la curva de en función de la temperatura es casi horizontal, lo cual implica que a y . Una consecuencia de estos procesos metalotérmicos es que desde el punto de vista termodinámico, estas reacciones son fuertemente exotérmicas.[pic 43][pic 44][pic 45][pic 46][pic 47][pic 48]
De la expresión de en el equilibrio, tenemos que:[pic 49]
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Dentro de un reactor, se van a encontrar dos fases: la fase óxido y la fase metal que son inmiscibles entre sí. Como existen dos fases, conviene analizar la siguiente relación:
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Figura 29. Relación entre cocientes de actividad de los óxidos y metales.
De acuerdo al gráfico de la Fig. 29, para la relación , entre más negativa sea, va a ser mejor o peor para un proceso determinado. En el caso de la metalotermia, el objetivo es obtener un producto con la menor cantidad de posible, por lo tanto, se requiere que la relación anterior sea lo más negativa posible. Dentro de esta curva, para lograr el objetivo, se requiere que la relación sea mucho mayor a 1.[pic 53][pic 54][pic 55]
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