PIROMETALURGIA

Siderurgia

Profesor:
Rodrigo Yepsen P.h.D
rodrigo.yepsen@utalca.cl
Planificación general

Unidades 1. Introducción

2. Tostación de sulfuros

3. Reducción de óxidos

4. Diagramas de fase

5. Fusión, fusión reducción, fusión a mate

6. Metalurgia del acero

Metalurgia del cobre

Ruta del acero
Ruta del acero
Reducción
Reducción de óxidos

FeO y Fe3O4 son dos óxidos de hierro. Fe sólido existe en equilibrio con uno de
dichos óxidos a baja temperatura y el Fe existe en equilibrio con el otro oxido a
alta temperatura. Dadas las energías libres de formación de dichos óxidos:

Fe + 1/2O2 = FeO G° = -259 600 + 62.55T, J

3Fe + 2O2 = Fe3O4 G° = -1 091 000 + 312.8T, J

Determinar cual de los óxidos se encuentra en equilibrio con Fe a temperatura

ambiente (25 °C), y la máxima temperatura a la cual este óxido puede estar en
equilibrio con Fe sólido.
Reducción de óxidos

Para la representación de diferentes condiciones de reducción y reducción selectiva se

utilizan los diagramas de Chaudron. La presión parcial oxígeno, que representa el
potencial de oxígeno se puede relacionar con la razón CO/CO2 (o H2/H2O)

Reducción directa Reducción indirecta

𝑪(𝒔) + 𝑪𝑶𝟐(𝒈) ↔ 𝟐𝑪𝑶(𝒈) 𝑶𝟐(𝒔) + 𝟐𝑪𝑶(𝒈) +↔ 𝟐𝑪𝑶𝟐(𝒈)

𝟐
𝒑 𝑪𝑶 𝒑𝟐𝑪𝑶𝟐
∆𝑮𝟎 = −𝑹𝑻 𝐥𝐧 ∆𝑮𝟎 = −𝑹𝑻 𝐥𝐧
𝑷𝑪𝑶𝟐 𝒂𝑪 𝑷𝟐𝑪𝑶 𝑷𝑶𝟐
Reducción de óxidos

2𝐹𝑒3 𝑂4(𝑠) + 8𝐶𝑂(𝑔) ↔ 6𝐹𝑒(𝑠) + 8𝐶𝑂2(𝑔)

𝐶(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔) ↔ 2𝐶𝑂(𝑔)

Curvas de Boudouard y Chaudron, equilibrio C-O-Fe

Alto horno
Reacciones del alto horno

Extracción de mineral
Magnetita-Hematita
Preparación de coque Fundente

Paletizado

Alto Horno Aire

Arrabio Escoria

Acero Fundición
Reducción con coque
En el alto horno el coke no solamente actúa como
agente reductor, sino que también como carburante y
como fuente de calor al oxidarse a CO y CO2. Se puede
reemplazar parte del coke que se consume en calentar
por otra fuente de calor, como petróleo, gas natural o
energía eléctrica

𝟗𝟐% 𝑭𝒆
Reducción de óxidos Carga Férrica.
Espesor promedio: 15 cm.
Densidad: 4.000 Kg.m-3

93.3% Fe
Reducción de óxidos

Introducción Salida de gas

𝑻𝒓𝒂𝒈𝒂𝒏𝒕𝒆 de la carga T=200-250ºC
Secado y calentamiento
P= 1,5 atmósferas

Descenso de carga Zona de reserva

𝑪𝒖𝒃𝒂 Apilamiento química Fe2O3(s)+6 CO → 3CO+3CO2+2Fe
Fe2O3(s)+9 CO → 6CO+3CO2+2Fe
Reducción con gas Fe2O3(s)+12 CO → 6CO+3CO2+2Fe
o indirecta

𝑽𝒊𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆 Nexo Ascenso del gas

Zona cohesiva Fe2O3(s)+2C(s) → CO(g)+CO2+2Fe(s,l)

Reducción directa C+CO → CO2
Carga fundida -> C+O2 → CO2
𝑬𝒕𝒂𝒍𝒂𝒋𝒆 reducción de volumen Gasificación del cok
Detención carga

Inyección de aire y Formación de escoria P2O5(g)+5C(s) → 5CO(g)+2P(dis;arrab)

𝑻𝒐𝒃𝒆𝒓𝒂𝒔 Reblandecimiento
combustible Disolución
MnO(dis;esc)+C(s)→CO(g)+Mn(dis;arrab)
…

Separación de fases Equilibrio

𝑪𝒓𝒊𝒔𝒐𝒍 Sangrado escoria-arrabio
Disolución según condiciones
Afino

El Alto Horno es la ruta más tradicional eficiente y utilizada para la

producción de Arrabio.

Problemas del alto horno Solución

Carbón de calidad Optimización del uso de coque

Operación costosa

Problemas medioambientales Proceso de fusión reductora

Reducción de óxidos

Alto Horno

Inyección de oxígeno y carbón

reduce consumo de coque y al
mismo tiempo aumenta la
productividad.

Desarrollo de sistemas de
inyección pulverizada de
carbón. Se ha llegado a 170
kg/THM de carbón y 300
kg/THM de coque.

En China asociado a
enriquecimiento de aire
(24.4%O2) y viento caliente se
ha llegado a 279 kg/THM.
Afino
Refino Horno convertidor:

1. El convertidor bascula para la carga de chatarra.

2. Se carga el arrabio.
3. Se bascula el convertidor a la posición de
soplado.
4. Durante los primeros minutos se agrega la cal o
caliza para la formación escoria que retendrá los
óxidos formados (CaO-SiO2-MnO-P2O5).
5. El control de las oxidaciones se realiza a partir
de la altura de la lanza y la velocidad del gas.
6. El control se hace mediante imágenes infrarrojas
y el sonido.
7. Las última oxidación corresponde al del carbón
(90% CO 10% CO2)
8. El proceso dura del orden de 20 min.
9. Composición típica:
% C: 0.04 – 0.06 % Mn: 0.2
%P: 0.02 %S: 0.015
Esquema horno BOF

1. Boca de carga
2. Sangría
3. Fondo
4. Mampostería
Refino

➢ “A good steelmaker is a good slagmaker”

➢ En 20 minutos se debe formar la escoria.
➢ Se debe limitar la oxidación del Fe.
➢ El control se logra con el caudal de O2(g) inyectado y la altura de la lanza.
Refino

Principales reacciones químicas en el refino

Ejercicio
Ejercicio 3

En un horno flash se funden 75 toneladas por hora de un concentrado de cobre que contiene 1% de
humedad. Este concentrado contiene 20.5% de Cu como CuFeS2, 36.8% de Fe asociado al resto de
azufre como FeS2 y al excedente como Fe2O3; 32% de S; 4.9% de SiO2 y 1% sw CaCO3. El horno
se carga con una mezcla de mineral, concentrado y fundente, siendo la relación un 17% de mineral
y un 3.9% de fundente (porcentaje respecto al concentrado).

𝑀𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑜: 𝑆𝑖𝑂2 = 82%; 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 16%; 𝐴𝑙2 𝑂3 = 2%

𝐹𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒: 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 90%; 𝑀𝑔𝐶𝑂3 = 8%; 𝑆𝑖𝑂2 = 2%

La escoria del proceso de fusión contiene SiO2, FeO, CaO y MgO, mientras que el eje se
representa por la mezcla de Cu2O-FeS.
El aire se sopla precalentando a 730°C a razón de 2 m3/kg de concentrado (a 730°C) con 36% de
oxígeno. Esto representa 16000 Nm3 de oxigeno por hora, con lo cual el coeficiente (Nm3 de
oxigeno/ton de concentrado) tiene un valor de 213.
El eje se sangra a 1310°C y la escoria a 1295°C. los gases abandonan el horno a 1235°C y el 7%
de la carga sale del horno como polvo de composición proporcional a la carga total.
Ejercicio 3

En forma esquemática, los flujos de entrada y salida al horno flash se muestran en la figura
siguiente:
Aire Gases Polvo

Concentrado
Fundente Escoria
Mineral

Eje
Ejercicio 3
a.1) Flujo de CuFeS2
𝑃𝑀 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2
𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 = 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 ∗ %𝐶𝑢𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 ∗
𝑃𝐴 𝐶𝑢
183.38 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 = 75 ∗ 0.205 ∗ = 44.373
63.54 ℎ𝑜𝑟𝑎
a.2) S total, S en CuFeS2 y en FeS2
S total:
𝑚𝑆 (𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 ∗ %𝑆𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆 (𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 75 ∗ 0.32 = 24
ℎ𝑜𝑟𝑎

S en CuFeS2 :

2 𝑃𝐴 𝑆
𝑚𝑆 (𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2) = 𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2
64 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆 (𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2) = 44.373 ∗ = 15.48
183.38 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3

a.2) S total, S en CuFeS2 y en FeS2

S en FeS2 :

𝑚𝑆(𝐹𝑒𝑆2 ) = 𝑚𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) − 𝑚𝑆(𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 )

𝑚𝑆(𝐹𝑒𝑆2) = 24 − 15.48

a.3) Fe total, Fe en FeS2, Fe en Fe2O3

Fe total :
𝑚𝐹𝑒(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 ∗ %𝐹𝑒(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜)
36.8 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 75 ∗ = 27.6
100 ℎ𝑜𝑟𝑎

Fe en FeS2 :
𝑃𝐴 𝐹𝑒
𝑚𝐹𝑒(𝐹𝑒𝑆2) = 𝑚𝐹𝑒𝑆2 ∗
𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆2

55.85 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒(𝐹𝑒𝑆2) = 15.953 ∗ = 7.434
119.84 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3

a.3) Fe total, Fe en FeS2, Fe en Fe2O3

Fe en CuFeS2 :
𝑃𝐴 𝐹𝑒
𝑚𝐹𝑒(𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2) = 𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2
55.85 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒(𝐹𝑒𝑆2) = 44.373 ∗ = 13.512
183.38 ℎ𝑜𝑟𝑎
Fe para formar Fe2O3 :

𝑚𝐹𝑒(𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐹𝑒2 𝑂3) = 𝑚𝐹𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑚𝐹𝑒(𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2) + 𝑚𝐹𝑒 𝐹𝑒𝑆2

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒(𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐹𝑒2𝑂3 ) = 27.6 − 13.512 + 7.434 = 9.514
ℎ𝑜𝑟𝑎
a.4) Calculo de SiO2 en la carga de alimentación

Silice en el concentrado :
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑐𝑜𝑛𝑐) = 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 ∗ %𝑆𝑖𝑂2(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑐𝑜𝑛𝑐) = 75 ∗ 0.049 = 3.675
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
a.4) Calculo de SiO2 en la carga de alimentación

Sílice en el mineral:
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) = 𝑚𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 ∗ %𝑆𝑖𝑂2(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) = 12.75 ∗ 0.82 = 10.455
ℎ𝑜𝑟𝑎
Sílice en el fundente:
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 𝑚𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 ∗ %𝑆𝑖𝑂2(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 2.93 ∗ 0.02 = 0.0586
ℎ𝑜𝑟𝑎
Sílice en la carga de alimentación al horno flash:

𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) + 𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) + 𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 3.675 + 10.455 + 0.0586 = 14.1886
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
a.5) Calculo de CaCO3 en la carga de alimentación

CaCO3 en el concentrado:
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) = 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 ∗ %𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) = 75 ∗ 0.01 = 0.75
ℎ𝑜𝑟𝑎

CaCO3 en el mineral:
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) = 𝑚𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 ∗ %𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) = 12.75 ∗ 0.16 = 2.04
ℎ𝑜𝑟𝑎

CaCO3 en el fundente:
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 𝑚𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 ∗ %𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 2.93 ∗ 0.9 = 2.637
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
a.5) Calculo de CaCO3 en la carga de alimentación
CaCO3 en la carga de alimentación al horno flash:
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) + 𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) + 𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 0.75 + 2.04 + 2.637 = 5.427
ℎ𝑜𝑟𝑎
a.6) Calculo de MgCO3 en el fundente

𝑚𝑀𝑔𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 𝑚𝑀𝑔𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) ∗ %𝑀𝑔𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑀𝑔𝐶𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 2.93 ∗ 0.08 = 0.2344
ℎ𝑜𝑟𝑎

a.7) Calculo de Al2O3 en el mineral

𝑚𝐴𝑙2𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 𝑚 (𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙) ∗ %𝐴𝑙2 𝑂3(𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐴𝑙2𝑂3(𝑓𝑢𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒) = 12.75 ∗ 0.02 = 0.255
ℎ𝑜𝑟𝑎
a.8) Calculo de H2O en el concentrado
𝑚𝐻2𝑂 (𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) = 𝑚 (𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) ∗ %𝐻2 𝑂(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐻2𝑂 (𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) = 75 ∗ 0.01 = 0.75
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
a.8) Calculo de H2O en el concentrado
𝑚𝐻2𝑂 (𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) = 𝑚 (𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) ∗ %𝐻2 𝑂(𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜)
𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐻2𝑂 (𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜) = 75 ∗ 0.01 = 0.75
ℎ𝑜𝑟𝑎

b) Caracterización del eje

Reacciones dentro del horno Todo el Fe2O3 debe pasar a FeO, pues no se reporta Fe2O3 en la escoria:
𝐶𝑎𝐶𝑂3 ↔ 𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂2 (1 1 1
𝐹𝑒2 𝑂3 + 𝑆2 ↔ 2𝐹𝑒𝑂 + 𝑆𝑂2 (5
4 2
𝑀𝑔𝐶𝑂3 ↔ 𝑀𝑔𝑂 + 𝐶𝑂2 (2 1
𝑆 + 𝑂2 ↔ 𝑆𝑂2 (6
1 1 2 2
𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 ↔ 𝐶𝑢2 𝑂 + 𝐹𝑒𝑆 + 𝑆2 (3
2 4 3
1 𝐹𝑒𝑆 + 𝑂2 ↔ 𝐹𝑒𝑂 + 𝑆𝑂2 (7
𝐹𝑒𝑆2 ↔ 𝐹𝑒𝑆 + 𝑆2 (4 2
2
Ejercicio 3
B.1) Determinación de Cu2S del eje.

De la reacción 3 el Cu2S formado a partir de CuFeS2 se tiene:

𝑃𝑀 𝐶𝑢2 𝑆
𝑚𝐶𝑢2 𝑆 = 𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 ∗
2 𝑃𝑀 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2
159.1 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑢2𝑆 = 44.373 ∗ = 19.25
2 ∗ 183.38 ℎ𝑜𝑟𝑎

Considerando que hay una pérdida de 7% de Cu2S formado a partir de CuFeS2 en los polvos, se tiene:

𝑚𝐶𝑢2(𝑒𝑗𝑒) = 𝑚𝐶𝑢2𝑆 ∗ (100% − 7%)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑢2(𝑒𝑗𝑒) = 19.25 ∗ 93% = 17.9
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
B.2) Determinación de FeS en el eje.

Considerando ley de eje de 61% de Cu, se tiene:

2𝑃𝐴 𝐶𝑢
𝑚𝐶𝑢(𝑒𝑗𝑒) = 𝑚𝐶𝑢2𝑆 ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑢2 𝑆
2 ∗ 63.55 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑢(𝑒𝑗𝑒) = 17.9 ∗ = 14.3
159.1 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ley de eje:
𝑚𝐶𝑢(𝑒𝑗𝑒) 𝑚𝐶𝑢(𝑒𝑗𝑒) 14.3 𝑡𝑜𝑛
𝐿𝑒𝑦 𝑒𝑗𝑒 = → 𝑚𝑒𝑗𝑒 = = = 23.44
𝑚𝑒𝑗𝑒 𝐿𝑒𝑦 𝑑𝑒 𝑒𝑗𝑒 0.61 ℎ𝑜𝑟𝑎

Se sabe que el eje es una mezcla de Cu2S-FeS, luego a partir de la masa total del eje y la ley del eje se obtiene el
contenido de FeS como sigue:

𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑒𝑗𝑒) = 𝑚𝑒𝑗𝑒 − 𝑚𝐶𝑢2 𝑆(𝑒𝑗𝑒)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑒𝑗𝑒) = 23.44 − 17.9 = 5.54
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
C) escoria.
C.1) Calculo del FeO

El FeO se obtiene de la reaccion de Fe2O3 con azufre piritico, de acuerdo a la reaccion 5. Por otro lado, del total de FeS
producido, según las reacciones 3 y 4, una fracción de este se oxida para formar FeO tal como se muestra en la
reacción 7. El FeS total producido está dado por:
𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝐹𝑒𝑆(𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2) + 𝑚𝐹𝑒𝑆(𝐹𝑒𝑆2)

𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆 𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆
𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 ∗ + 𝑚𝐹𝑒𝑆2 ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆2

87.84 87.84 𝑡𝑜𝑛

𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 44.373 ∗ + 15.953 ∗ = 32.94
183.39 119.84 ℎ𝑜𝑟𝑎
Considerando además pérdidas de 7% en los polvos, se tiene que el FeS que va a la escoria y el que
formará FeO está dada por:

𝑚𝐹𝑒𝑆 = 𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) ∗ (100% − 7%)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒𝑆 = 32.95 ∗ 93% = 30.63
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
C) escoria.
C.1) Calculo del FeO
Luego, la fracción de FeS que reacciona con oxigeno para formar FeO es:

𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑟𝑥.𝑂2) = 𝑚𝐹𝑒𝑆 − 𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑒𝑗𝑒)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑟𝑥.𝑂2) = 30.63 − 5.54 = 25.09
ℎ𝑜𝑟𝑎
El FeO producido está dado por:

𝑚𝐹𝑒𝑂 = 𝑚𝐹𝑒𝑂(𝐹𝑒𝑆) − 𝑚𝐹𝑒𝑂(𝐹𝑒2𝑂3)

𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑂 2 ∗ 𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑂
𝑚𝐹𝑒𝑂 = 𝑚𝐹𝑒𝑆 ∗ − 𝑚𝐹𝑒2𝑂3 ∗ 0.93 ∗
𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆 𝑃𝑀 𝐹𝑒2 𝑂3

71.84 2 ∗ 71.84 𝑡𝑜𝑛

𝑚𝐹𝑒𝑂 = 25.09 ∗ − 9.514 ∗ 0.93 ∗ = 28.48
87.84 159.68 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
C) escoria.
C.2) Calculo del CaO en la escoria
𝑃𝑀 𝐶𝑎𝑂
𝑚𝐶𝑎𝑂(𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎) = 𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3 ∗ 0.93 ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3
56 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑎𝑂(𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎) = 5.427 ∗ 0.93 ∗ = 2.82
100 ℎ𝑜𝑟𝑎
C.3) Calculo del MgO en la escoria

𝑃𝑀 𝑀𝑔𝑂
𝑚𝑀𝑔𝑂(𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎) = 𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3 ∗ 0.93 ∗
𝑃𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3
40.3 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑀𝑔𝑂(𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎) = 0.234 ∗ 0.93 ∗ = 0.104
84.3 ℎ𝑜𝑟𝑎

C.4) Calculo del SiO2 en la escoria

𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎) = 𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ∗ 0.93

𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎) = 14.1886 ∗ 0.93

Ejercicio 3
C) escoria.
C.5) Calculo del Al2O3 en la escoria

𝑚𝐹𝑒2𝑂3 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎 = 𝑚𝐹𝑒2𝑂3 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 0.93

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒2𝑂3 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑖𝑎 = 0.255 ∗ 0.93 = 0.237
ℎ𝑜𝑟𝑎
D) Polvos
D.1) Calculo del Cu2O en los polvos
𝑚𝐶𝑢2𝑆(𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝐶𝑢2 𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) − 𝑚𝐶𝑢2 𝑆(𝑒𝑗𝑒)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑢2𝑆(𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 19.25 − 17.9 = 1.35
ℎ𝑜𝑟𝑎
D.2) Calculo del FeS en los polvos

𝑚𝐹𝑒𝑆 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝐹𝑒𝑆 (𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) − 𝑚𝐹𝑒𝑆 𝑒𝑗𝑒 − 𝑚𝐹𝑒𝑆(𝑟𝑥,𝑂2)

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒𝑆 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 32.94 − 5.54 − 25.09 = 2.31
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3

D.3) Calculo del Cu2O en los polvos

𝑚𝐹𝑒2𝑂3 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝐹𝑒2𝑂3 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 0.07

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐹𝑒2𝑂3 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 9.514 ∗ 0.07 = 0.665
ℎ𝑜𝑟𝑎

D.4) Calculo del SiO2 en los polvos

𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝑆𝑖𝑂2 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 0.07

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆𝑖𝑂2(𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 14.1886 ∗ 0.07 = 0.993
ℎ𝑜𝑟𝑎

D.5) Calculo del CaO en los polvos

𝑃𝑀 𝐶𝑎𝑂
𝑚𝐶𝑎𝑂 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝑆𝑖𝑂2 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 0.07 ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3

56 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑎𝑂 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 5.427 ∗ 0.07 ∗ = 0.213
100 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3

D.6) Calculo del MgO en los polvos

𝑃𝑀 𝑀𝑔𝑂
𝑚𝑀𝑔𝑂 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝑀𝑔𝑂 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 0.07
𝑃𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3

40.3 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑀𝑔𝑂 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 0.234 ∗ 0.07 = 0.007
84.3 ℎ𝑜𝑟𝑎

D.7) Calculo del Al3O3 en los polvos

𝑚𝐴𝑙2𝑂3 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 𝑚𝐴𝑙2𝑂3 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 0.07

𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐴𝑙2𝑂3 (𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜𝑠) = 0.225 ∗ 0.07 = 0.0018
ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3

E) Aire
El aire se insufla precalentado a 730°C a razón de 2m3/kg y corresponde a una mezcla de N2 mas un 36% de O2.

E.1) Flujo de moles de aire soplado

𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑡𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑚𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜

𝑚3 𝑡𝑜𝑛 1000 𝑘𝑔 5
𝑚3
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜𝑎𝑖𝑟𝑒 =2 ∗ 75 ∗ = 1.5𝑥10
𝑘𝑔𝑐𝑜𝑛𝑐. ℎ𝑜𝑟𝑎 1 𝑡𝑜𝑛 ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑃𝑉
𝑛=
𝑅𝑇

1 ∗ 1.5𝑥105 6
𝑛𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑛𝑎𝑖𝑟𝑒 = = 1.824𝑥10
8.2𝑥10−5 1003 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3

F) Gases
Los gases escapan del horno a una temperatura de 1508 K y corresponde a una mezcla de N2, H2O, CO2 y SO2.

F.1) Moles de N2
5
𝑛𝑁2
𝑛𝑁2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = 𝑛𝑁2(𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑜𝑝𝑙𝑎𝑑𝑜) = 11.67𝑥10
ℎ𝑜𝑟𝑎

F.2) Moles de H2O

𝑛𝐻2𝑂(𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎)
𝑛𝐻2𝑂(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) =
𝑃𝑀 𝐻2 𝑂

0.75𝑥106 4
𝑛𝐻2𝑂
𝑛𝐻2𝑂(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = = 4.167𝑥10
18 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
F.3) Moles de CO2 𝑃𝑀 𝐶𝑂2 𝑃𝑀 𝐶𝑂2
𝑚𝐶𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = 𝑚𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ∗ + 𝑚𝑀𝑔𝐶𝑂3(𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ∗
𝑃𝑀 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑃𝑀 𝑀𝑔𝐶𝑂3
44 44
𝑚𝐶𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = 5.427 ∗ + 0.234 ∗ = 2.51
100.08 84.3

𝑚𝐶𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) 𝑥106
𝑛𝐶𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) =
𝑃𝑀 𝐶𝑂2

2.51𝑥106 4
𝑛𝐶𝑂2
𝑛𝐶𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = = 5.7𝑥10
44 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
F.4) Moles de SO2
De las reacciones 3 y 4 el azufre total esta dado por

𝑚𝑆2(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑚𝑆2(𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2) + 𝑚𝑆2(𝐹𝑒𝑆2)

𝑃𝑀 𝑆2 𝑃𝑀 𝑆2
𝑚𝐶𝑂2 (𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = 𝑚𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 ∗ + 𝑚𝐹𝑒𝑆2 ∗
4 ∗ 𝑃𝑀 𝐶𝑢𝐹𝑒𝑆2 2 ∗ 𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆2

64 64 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝐶𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = 44.373 ∗ + 15.953 ∗ = 8.13
4 ∗ 183.39 2 ∗ 119.84 ℎ𝑜𝑟𝑎
Ejercicio 3
Una fracción de S2 producido reacciona con Fe2O3 para formar Fe según la reacción 5 y el resto reacciona
con O2 para formar SO2 de acuerdo a la reacción 6

𝑃𝑀 𝑆2
𝑚𝑆2(𝑟𝑥,𝐹𝑒2𝑂3) = 𝑚𝐹𝑒2𝑂3 ∗ 0.93 ∗
4 ∗ 𝑃𝑀 𝐹𝑒2 𝑂3
64 𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑆2 (𝑟𝑥,𝐹𝑒2𝑂3) = 9.514 ∗ 0.93 ∗ = 0.8866
4 ∗ 159.68 ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑚𝑆2(𝑟𝑥,𝑂2) = 𝑚𝑆2(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) − 𝑚𝑆2(𝑟𝑥,𝐹𝑒2𝑂3)

𝑚𝑆2(𝑟𝑥,𝑂2) = 8.13 − 0.8866 = 7.24

El contenido de SO2 en los gases de salida es

2 ∗ 𝑃𝑀 𝑆𝑂2 𝑃𝑀 𝑆𝑂2 𝑃𝑀 𝑆𝑂2

𝑚𝑆2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = 𝑚𝑆2(𝑟𝑥,𝑂2) ∗ + 𝑚𝐹𝑒𝑆 𝑟𝑥,𝑂2 ∗ + 𝑚 𝐹𝑒2𝑂3 ∗ 0.93 ∗ = 34.53
𝑃𝑀 𝑆2 𝑃𝑀 𝐹𝑒𝑆 2 ∗ 𝑃𝑀 𝐹𝑒2 𝑂3

𝑚𝑆𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) 𝑥106
𝑛𝑆𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) =
𝑃𝑀 𝑆𝑂2

34.53𝑥106 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑂2

𝑛𝑆𝑂2(𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠) = = 5.4𝑥105
64 ℎ𝑜𝑟𝑎