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La tostación es un proceso que consiste en calentar un mineral bajo una corriente de aire. Es una etapa en el procesamiento de ciertos minerales . Más específicamente, la tostación suele ser un proceso metalúrgico que implica reacciones gas-sólido a temperaturas elevadas con el objetivo de purificar el o los componentes metálicos. A menudo, antes de la tostación, el mineral ya ha sido concentrado, por ejemplo, mediante flotación por espuma . El concentrado se mezcla con otros materiales para facilitar el proceso. Esta tecnología es útil para hacer aprovechables ciertos minerales, pero también puede ser una fuente importante de contaminación atmosférica . [ 1 ]
La tostación consiste en reacciones térmicas gas-sólido, que pueden incluir oxidación, reducción, cloración, sulfatación y pirohidrólisis. En la tostación, el mineral o concentrado de mineral se trata con aire muy caliente. Este proceso se aplica generalmente a minerales sulfurados . Durante la tostación, el sulfuro se convierte en un óxido y el azufre se libera como dióxido de azufre , un gas. Para los minerales Cu₂S ( calcocita ) y ZnS ( esfalerita ), las ecuaciones balanceadas para la tostación son:
- 2 Cu 2 S + 3 O 2 → 2 Cu 2 O + 2 SO 2
- 2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO
El dióxido de azufre (SO₂ ) , producto gaseoso de la tostación de sulfuros, se utiliza a menudo para producir ácido sulfúrico . Muchos minerales de sulfuro contienen otros componentes, como arsénico, que se liberan al medio ambiente.
Hasta principios del siglo XX, el tostado se iniciaba quemando madera sobre el mineral. Esto elevaba la temperatura del mineral hasta que su contenido de azufre se convertía en combustible, permitiendo que el proceso de tostado continuara sin necesidad de fuentes de combustible externas. El tostado de sulfuros primitivo se realizaba de esta manera en hornos de hogar abierto, que se removían manualmente (una práctica denominada "removido") con herramientas similares a rastrillos para exponer el mineral sin tostar al oxígeno a medida que avanzaba la reacción.
Este proceso liberó grandes cantidades de compuestos ácidos, metálicos y otros compuestos tóxicos. Como resultado, existen áreas que, incluso después de 60 a 80 años, permanecen en gran parte sin vida, a menudo correspondiendo exactamente al área del lecho de tostado, algunas de las cuales tienen cientos de metros de ancho por kilómetros de largo. El tostado es un proceso exotérmico. [ 2 ] [ 3 ]
Operaciones de tostado
A continuación se describen diferentes formas de tostado: [ 4 ]
Tostado oxidativo
La tostación oxidativa, el proceso de tostación más común, consiste en calentar el mineral en exceso de aire u oxígeno.
Para los minerales de sulfuro, la tostación produce la sustitución del sulfuro, parcial o totalmente, por óxido. Para el disulfuro de molibdeno, el principal mineral de Mo, la tostación se lleva a cabo de la siguiente manera: [ 5 ]
- MoS₂ + 3 O₂ → MoO₂ + 2 SO₂
El tostado del mineral de sulfuro, hasta la eliminación casi completa del azufre del mineral, da como resultado un tostado muerto . [ 6 ]
La galena (PbS), el mineral de plomo más común, se oxida a óxido de plomo y dióxido de azufre gaseoso (PbO y SO₂ ) . [ 7 ]
Los minerales de óxido también se tuestan, pero en este caso se suele emplear un aditivo. En el caso de la cromita ( FeCrO₄ ), el principal mineral de cromo , la tostación se lleva a cabo en presencia de carbonato de sodio . El proceso produce una mezcla de cromato de sodio según esta ecuación idealizada:
- FeCrO 4 + 1,5 O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 CrO 4 + FeO + CO 2
El tratamiento del producto tostado con agua produce una solución de cromato de sodio, que se separa fácilmente de varios sólidos indeseables. [ 8 ]
Tostado por volatilización
La tostación por volatilización consiste en la oxidación de los minerales a temperaturas elevadas para eliminar las impurezas en forma de óxidos volátiles. Algunos ejemplos de estos óxidos volátiles son el As₂O₃ , el Sb₂O₃ , el ZnO y los óxidos de azufre. Es necesario controlar cuidadosamente el contenido de oxígeno en el horno de tostación, ya que una oxidación excesiva puede generar óxidos no volátiles.
tostación con cloración
La tostación clorurante transforma ciertos compuestos metálicos en cloruros mediante oxidación o reducción. Algunos metales, como el uranio , el titanio , el berilio y algunas tierras raras, se procesan en forma de cloruro . Ciertas formas de tostación clorurante pueden representarse mediante las siguientes reacciones generales:
La primera reacción representa la cloración de un mineral de sulfuro mediante una reacción exotérmica. La segunda reacción, que involucra un mineral de óxido, se ve facilitada por la adición de azufre elemental. Los minerales de carbonato reaccionan de manera similar al mineral de óxido, tras descomponerse en su forma de óxido a altas temperaturas. [ 9 ]
tostado sulfatado
El proceso de tostación con sulfatación oxida ciertos minerales sulfurados a sulfatos en una corriente de aire para permitir la lixiviación del sulfato para su posterior procesamiento.
tostado magnético
La tostación magnética consiste en tostar de forma controlada el mineral para convertirlo en una forma magnética, lo que permite una fácil separación y procesamiento en etapas posteriores. Por ejemplo, la reducción controlada de hematita ( Fe₂O₃ no magnético ) a magnetita (Fe₃O₄ magnético ) .
Tostado reductor
La tostación reductora reduce parcialmente un mineral de óxido antes del proceso de fundición propiamente dicho.
Tostado de sinterización
La tostación por sinterización consiste en calentar los minerales finos a altas temperaturas, donde se produce simultáneamente la oxidación y la aglomeración de los mismos. Por ejemplo, los minerales de sulfuro de plomo se someten a tostación por sinterización en un proceso continuo después de la flotación por espuma para convertir los minerales finos en aglomerados procesables para su posterior fundición.
Véase también
La fundición es un proceso metalúrgico relacionado, pero implica la fusión de algunos componentes.
Referencias
- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ↑ Nosko, Peter. "Los patios de asado abandonados de Sudbury: puntos críticos de toxicidad: valiosos laboratorios vivientes para el estudio de la recuperación del ecosistema" (PDF) . Universidad de Nipissing. Archivado del original (PDF) el 16 de enero de 2014. Consultado el 14 de enero de 2014 .
- ↑ "Historia fotográfica del entorno deteriorado de Sudbury" . Usuarios.vianet.ca . Consultado el 21 de septiembre de 2018 .
- ↑ Ray, HS; et al. (1985). Extracción de metales no ferrosos . Affiliated East-West Press Private Limited. pp. 131, 132. ISBN 81-85095-63-9.
- ↑ Sebenik, Roger F.; Burkin, A. Richard; Dorfler, Robert R.; Laferty, John M.; Leichtfried, Gerhard; Meyer-Grünow, Hartmut; Mitchell, Philip CH; Vukasovich, Mark S.; Church, Douglas A.; Van Riper, Gary G.; Gilliland, James C.; Thielke, Stanley A. (2000). "Molibdeno y compuestos de molibdeno". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002/14356007.a16_655 . ISBN 3-527-30673-0.
- ↑ Ray, Hem Shanker (1985). Extracción de metales no ferrosos . Affiliated East-West Press. ISBN 9788185095639.
- ↑ Davidson, Alistair; Ryman, Jessica; Sutherland, Charles A.; Milner, Edward F.; Kerby, Robert C.; Teindl, Herbert; Melin, Albert; Bolt, Hermann M. (2014). "Plomo". Enciclopedia de Química Industrial de Ullmann . págs. 1–55 . doi : 10.1002/14356007.a15_193.pub3 . ISBN 978-3-527-30673-2.
- ↑ Gerd Anger, Jost Halstenberg, Klaus Hochgeschwender, Christoph Scherhag, Ulrich Korallus, Herbert Knopf, Peter Schmidt, Manfred Ohlinger, "Compuestos de cromo" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann, Wiley-VCH, Weinheim, 2005. doi : 10.1002/14356007.a07_067
- ↑ Ghosh, Ahindra; Ray, Hem Shanker (1991). Principios de metalurgia extractiva . New Age International. ISBN 9788122403220.
- Metalurgia
- Procesos metalúrgicos