Determinación de las fases en equilibrio del sistema PbO-ZnO-Fe2O3-SiO2-CaO a alta temperatura

Abstract

RESUMEN:El presente trabajo se enfoca al estudio de las fases que se producen en el sistema de escorias del horno de soplo de plomo conformado por los óxidos: PbO, ZnO, CaO, SiO2 y Fe2O3. Estos componentes se agrupan de tal manera que se puede considerar un sistema pseudoternario formado por [Fe2O3] – [ZnO] – [PbO+CaO-SiO2], en el que se cumplen totalmente las reglas de los diagramas ternarios. Los parámetros de composición considerados en este estudio son las relaciones en masa CaO/SiO2 = 1.1 y [PbO]/[CaO+SiO2] = 2.4, los cuales corresponden con las escorias empleadas comúnmente en la producción de plomo en México. La técnica experimental consistió en calentar escorias con diferentes composiciones a 3 temperaturas, 1100°, 1200° y 1300 °C, durante un tiempo entre 3 y 6 horas para alcanzar el equilibrio de fases a alta temperatura y posteriormente enfriarlas rápidamente con el fin de retener dichas fases. Las muestras fueron posteriormente caracterizadas mediante difracción de Rayos X y microscopía electrónica de barrido y microanálisis (MEB-EDS). Los resultados obtenidos muestran que las escorias líquidas al enfriarse pueden formar como primer sólido a la ferrita de zinc (ZnFe2O4) o la zincita (ZnO) dependiendo de su composición. Se ha obtenido el diagrama de fases pseudoternario, el cual puede ser utilizado para mejorar la composición de la escoria y evitar problemas operacionales en el horno de soplo de plomo, tales como precipitación de fases sólidas en el interior del horno que pueden obstruir el descenso de la carga para la producción del baño de plomo y por tanto atrapar plata en la escoria. ABSTRACT:This work presents a study of the main phases in the lead blast furnace formed by the oxides: PbO, ZnO, CaO, SiO2 and Fe2O3. These components knit together, such that it can be considered a pseudoternary system formed by [Fe2O3] – [ZnO] – [PbO+CaO-SiO2], therefore the ternary phase diagram rules are applicable. The constant parameters CaO/SiO2 weight ratio of 1.1 and [PbO]/[CaO+SiO2] weight ratio of 2.4 correspond to the typical slags in the lead production in Mexico. The experimental technique consisted in heating slags with different compositions at temperatures of 1100°, 1200° and 1300°C between 3 and 6 hours to rich the equilibrium at high temperature, and then a quenching was performed to withhold the phases. The characterization was carried out by scanning electron microscopy and X-ray diffraction (SEM-XRD). The results show that the liquid slags solidify and form as first phase zinc ferrite (ZnFe2O4) or zincite (ZnO) depending on the composition. A phase diagram was constructed. This diagram can be used to improve the composition of the slag to avoid operational problems in the lead blast furnace, like precipitation of solid phases inside the furnace that could clog up the lowering load in the lead production and avoid silver losses by entrapment.