Efecto de la composición de la escoria sobre su viscosidad en el proceso de producción de plomo

Abstract

RESUMEN: La viscosidad es una de las propiedades fisicoquímicas clave de las escorias que influye en el rendimiento y el efecto directo sobre las condiciones cinéticas de los procesos pirometalúrgicos. La viscosidad de las escorias es una función compleja de la composición de la escoria, la temperatura y la estructura interna. Este trabajo contempla los resultados de la medición de viscosidad de las escorias con diferentes basicidades y relaciones Fe/SiO2, a una temperatura de 1300°C. Se utilizó una escoria base obtenida del proceso de un horno de soplo. De acuerdo al análisis químico la escoria base contiene una basicidad de CaO/SiO2 = 1.027 y una relación Fe/SiO2=1.26. A dicha escoria se le adicionaron cantidades específicas de CaO, SiO2 y Fe2O3 con el objetivo de obtener escorias con las relaciones CaO/SiO2 = 0.4, 0.6, 0.8, 1.027 y 1.2, y Fe/SiO2 = 0.7, 1.0, 1.26 y 1.7. La viscosidad obtenida para la escoria base fue de 1114 mPa s (1114 cP). De acuerdo a las mediciones de viscosidad realizadas con un viscosímetro de tipo rotacional acoplado a un horno vertical se establece que a medida que se incrementa la basicidad, la viscosidad de la escoria disminuye manteniendo constante la relación de Fe/SiO2. Los menores valores de viscosidad se obtuvieron con la relación de Fe/SiO2 = 1.26. En forma complementaria también se muestran los resultados del estudio de las pruebas de equilibrio químico desarrolladas para determinar las fases presentes en las escorias del horno de soplo en función de la temperatura y su composición. El desarrollo experimental consistió en calentar la escoria hasta una temperatura de 1300°C durante un tiempo de 30 minutos para alcanzar el equilibrio de fases a alta temperatura y enfriarlas inmediatamente con el objetivo de mantener las fases formadas. Finalmente se caracterizaron dichas fases mediante difracción de rayos X, microscopia electrónica de barrido y microanálisis (MEB – EDS). La viscosidad teórica y experimental se relacionó con el modelo matemático de Einstein-Roscoe en función del efecto de la fracción volumétrica de sólidos, el modelo establecido está limitado a basicidades menores a 0.6. Palabras clave: Viscosidad, basicidad, alto horno de plomo, equilibrio químico de fases. ABSTRACT: Viscosity is one of the key physicochemical properties of slags that influences the performance and direct effect on the kinetic conditions of pyrometallurgical processes. The slag viscosity is a complex function of slag composition, temperature and internal structure. This work shows the results of the viscosity measurement of the slag with different basicities and Fe/SiO2 ratios, at a temperature of 1300 ° C. A base slag obtained from the process of a blast furnace was used. According to the chemical analysis the base slag contains a basicity of CaO/SiO2 = 1.027 and a Fe/SiO2 ratio = 1.26. To this slag were added specific amounts of CaO, SiO2 and Fe2O3 in order to obtain slags with the CaO/SiO2 ratios = 0.4, 0.6, 0.8, 1.027 and 1.2, and Fe/SiO2 = 0.7, 1.0, 1.26 and 1.7. The viscosity obtained for the base slag was 1114 mPa s (1114 cP). According to the viscosity measurements made with a rotational type viscometer coupled to a vertical furnace, it is established that as the basicity increases, the viscosity of the slag decreases keeping the Fe/SiO2 ratio constant. The lowest viscosity values were obtained with the ratio of Fe/SiO2 = 1.26. In a complementary way, the results of the study of the chemical equilibrium and quenching tests were also shown, which were developed to determine the phases present in the blast furnace slags according to the temperature and its composition. The experimental development consisted of heating the slag to a temperature of 1300 °C for 30 minutes to reach the equilibrium of phases at high temperature and to cool them immediately in order to maintain the phases formed. Finally, these phases were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and microanalysis (MEB - EDS). The theoretical and experimental viscosity was related to the mathematical model of Einstein-Roscoe depending on the effect of the volumetric fraction of solids, the established model is limited to basicities less than 0.6. Key words: Viscosity, basicity, lead blast furnace, chemical equilibrium of phases.