Formación de costras en la tostación de sulfuros de zinc

Abstract

Es común encontrar en procesos de tostación de minerales en hornos de lecho fluidizado, la presencia de acreciones en las paredes, haces de refrigeración, caldera, entre otros lugares. Este fenómeno es el causante de problemas en el funcionamiento del reactor e ineficiencia del proceso, dando lugar a una o varias detenciones para remover estos depósitos, lo cual es difícil y peligroso por su gran adherencia y dureza. Es por esto, que el propósito de esta tesis es adquirir la mayor información posible, que permita generar conocimiento acerca del problema de acreciones en los hornos de lecho fluido para la tostación de blenda, saber las causas de su presencia y recomendar posibles medidas a tomar para evitar su aparición. Un análisis fisicoquímico del proceso de tostación en el horno fue realizado, y estuvo compuesto de una caracterización de la alimentación y de las acreciones, y un análisis termodinámico basado en diagramas de Kellogg-Bassú. Además, se realizó una simulación de un haz de refrigeración obtenida en un paquete de software de análisis y su resolución por elementos finitos. La revisión bibliográfica realizada registró que no hay estudios profundos relacionados con el desarrollo de soluciones al problema de presencia de acreciones en este tipo de hornos, sin embargo, sí existe información acerca de posibles causas de su formación en hornos de otro tipo de industria, como es la industria cerámica, del carbón, de obtención de cobre, y ella podría ser un referente para alcanzar el objetivo de esta tesis. Por otra parte, el análisis de los resultados, permitió identificar la presencia de sulfatos de cinc y plomo, además de ferrita de cinc, como compuestos estables en la formación de acreciones, y reveló algunas de sus características: son densas, poco porosas y están presentes en el haz cuando su superficie alcanza temperaturas menores a 750°C; información que se corrobora en la simulación realizada al haz, donde se vió que cuando el agua ingresa a 10m/s y 15°C , ésta sale a una temperatura cercana a los 250°C y la superficie del haz está en un rango de temperatura de 400 a 600°C, situación propicia para la aparición de acreciones. En general, la formación de la acreción no está relacionada del todo con los parámetros de diseño del horno, también lo está con la velocidad de entrada del agua al haz, la composición del mineral que se alimenta al horno, entre otros. Es un fenómeno prácticamente inevitable, pero que puede ser reducido o controlado, manteniendo bajo el 5%, el nivel de impurezas como Pb, Cu y SiO2 en la alimentación, manteniendo las condiciones de operación normal del horno (%O2 entre 17 - 21% y %SO2 entre 4 - 8%, a una presión total de 18800Pa (0.1855 atm,)) , empleando un sistema inteligente de soplado (sootblowing) como el usado en la industria de calderas de carbón o creando un recubrimiento que proteja la superficie del haz y repele las partículas de acreción, apoyados en la nanotecnología