Perfil Harris Corregido

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UNIVERSIDAD TCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERA CARRERA DE INGENIERA METALRGICA

PERFIL PROYECTO DE GRADO

SIMULACIN EN MATLAB DEL PROCESO HARRIS UTILIZADO PARA LA REMOCIN DE ARSNICO, ESTAO Y ANTIMONIO EN LA PLANTA METALRGICA KARACHIPAMPA

PEREZ ORTEGA JOSE GUILLERMO

ENERO, 2013

RESUMEN El presente proyecto pretende desarrollar un modelo matemtico fenomenolgico el cual permitir la prediccin y control de parmetros, mediante los cuales operara la maquina Harris en la planta metalrgica Karachipampa. Dicho modelo ser desarrollado mediante balances de materia, el cual permitir desarrollar un modelo representativo del proceso El estudio tanto termodinmico como cintico del proceso es de vital importancia para la elaboracin del modelo matemtico. Se complementara el trabajo utilizando la simulacin de procesos, mtodo utilizado para estudiar las caractersticas del mismo, y que permite la prediccin de resultados en el proceso sin que estos sean experimentados. Las pruebas se realizaran en la maquina Harris de Karachipampa. El modelo desarrollado ser evaluado mediante herramientas estadsticas.

NDICEI.- INTRODUCCIN.1 II.- ANTECEDENTES...1 III.- OBJETIVOS DEL PROYECTO....1 III.1.- OBJETIVO GENERAL....1 III.2.- OBJETIVOS ESPECFICOS.1 IV.- ALCANCES DEL PROYECTO..2 V.- MARCO TERICO DEL PROYECTO...2 V.1 REFINACIN PIROMETALRGICA..2 V.1.1.- PRINCIPIOS.2 V.1.1.1.- Procesos Qumicos...2 V.1.1.2.- Procesos de Precipitacin...2 V.1.1.3.- Procesos de Destilacin3 V.2.- COMPLEJO METALRGICO KARACHIPAMPA..3 V.2.1.- PROCESO HARRIS.3 V.2.2.- Principio de la mquina Harris.3 V.2.2.1.- Objeto de la mquina Harris.3 V.2.2.2.- Descripcin de la mquina Harris.3 V.2.2.3.- Principio de la operacin.4 V.2.3.- Reacciones.4 V.2.4.- Medios de oxidacin y selectividad.5 V.3.- SIMULACIN DE PROCESOS..6 V.3.1.- CLASIFICACIN DE LOS MTODOS DE SIMULACIN6 1

Jose Guilllermo Perez Ortega

V.3.1.1.- Simulacin cualitativa y cuantitativa..6 V.3.1.2.- Simulacin estacionaria y dinmica.7 V.4.-EL ENTORNO MATLAB..7 VI.- PLANIFICACIN DE TRABAJO..8 VI.1.- ESTUDIO DE VARIABLES..8 VI.2.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.9 VI.3.-PARAMETROS..9 VI.4.- Variables Respuesta10 VI- NDICE TENTATIVO DEL RABAJO..10 VII.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES..11 VIII.-BIBLIOGRAFA.12 ANEXOS.13

Jose Guilllermo Perez Ortega

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SIMULACIN EN MATLAB DEL PROCESO HARRIS UTILIZADO PARA LA REMOCIN DE ARSNICO, ESTAO Y ANTIMONIO EN LA PLANTA METALRGICA KARACHIPAMPAI.- INTRODUCCINEl complejo metalrgico de Karachipampa tendr capacidad para tratar anualmente 51131 toneladas de concentrado de plomo con un promedio de 47,36% de plomo. Los tratamientos sucesivos permitirn la produccin anual de 21.552 toneladas de plomo, de calidad "corrodin lead", segn la norma ASTM B 29-55El proceso Harris produce la oxidacin selectiva del estao, arsnico y antimonio poniendo en contacto el metal con una mezcla de sales fundidas oxidantes formada por sosa y nitrato de sodio. Cuando el plomo se pone en contacto con la sal fundida, se forma estannato, antimoniato y arseniatos sdicos; aunque se produce nitrato de plomo, este reacciona inmediatamente con el As, Sb y Sn para dar las sales anteriores.

II.- ANTECEDENTESEl hombre ha estado utilizando plomo durante muchos siglos en fontanera y conducciones de agua, en proteccin y techado de edificios, en menaje de cocina y domstico y en objetos ornamentales. Su elevada densidad le hace muy indicado para anclas, contrapesos y municin, as como pantalla protectora contra radiaciones diversas y proteccin acstica. Las propiedades electroqumicas del plomo se utilizan ampliamente para sistemas de almacenamiento de energa elctrica por medio de la batera plomocido, ampliamente utilizada en vehculos automviles, en sistemas estacionarios de comunicaciones, en medicina y, en general, donde es necesario asegurar la continuidad de los servicios y sistemas. Algunos compuestos de plomo, particularmente los xidos brillantemente coloreados, se han utilizado durante muchsimo tiempo, en pinturas y pigmentos, en vidrios y en barnices para la cermica. Actualmente el proceso Harris utilizado en la Fundicin M.H.O. (Metallurgie Hoboken Overpelt) es el principal proceso utilizado en la refinacin de plomo el cual permite la remocin de los metales Sn, As, y Sb.

III.- OBJETIVOS DEL PROYECTOIII.1.- OBJETIVO GENERAL El Objetivo del presente proyecto es el desarrollo de un modelo matemtico el cual ser simulado utilizando el Software Matlab, para lo cual ser necesario realizar los balances de masa y energa correspondientes. III.2.- OBJETIVOS ESPECFICOS Estudio de las variables del proceso Elaboracin del modelo matemtico 1

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Codificacin del modelo matemticos en el Software Validacin del modelo desarrollado mediante toma de datos en el proceso Harris en KARACHIPAMPA

IV.- ALCANCES DEL PROYECTOEl presente proyecto pretende desarrollar un modelo fenomenolgico, para lo cual se tomara en cuenta las ciencias de la Ingeniera (Transferencia de masa, Transferencia de Calor, Termodinmica y Cintica). Adems ser necesario el uso de la modelacin y simulacin de procesos.

V.- MARCO TERICO DEL PROYECTOV.1 REFINACIN PIROMETALRGICA V.1.1.- PRINCIPIOS Cuando los metales son refinados pirometalurgicamente, las impurezas disueltas en el metal de importancia, son enriquecidas en una fase insoluble (o parcialmente insoluble) en el metal de importancia. Dicho enriquecimiento puede ser logrado por adicin de reactivos, por control de la temperatura y presin, o por combinacin de ambas tcnicas. Estos mtodos son clasificados como mtodos qumicos, precipitacin y procesos de destilacin El control de la cintica de las operaciones involucradas en la operacin es de mucha importancia, La cintica del proceso puede gobernar los grados de refinacin los cuales pueden ser alcanzados cuando se trabaja lejos de la teora qumica o del equilibrio fsico. V.1.1.1.- Procesos Qumicos La adicin de un reactivo al metal de importancia con una o ms impurezas para formar un compuesto que es insoluble en el metal de importancia. Ocasionalmente flujos son usados tambin. Por ejemplo para formar los xidos, en la fase slida para ir a una fase liquida. Reactivos incluyendo el oxgeno (oxigeno atmosfrico u oxigeno que desarrollan sales), azufre y cloro Los pasos en la refinacin son referidos como una oxidacin selectiva, sulfurizacin o cloruracin. La eleccin del reactivo est basado en la comparacin de la energa libre de formacin de los xidos sulfuros o cloruros del metal principal y de las impurezas en cuestin. V.1.1.2.- Procesos de Precipitacin Generalmente la disminucin de la temperatura, favorece en la disminucin de la solubilidad de las impurezas en el metal de importancia, por lo que pueden ser directamente removidos del fundido o como componente del metal.

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Alternativamente los reactivos apropiados que pueden ser removidos. Esta es un proceso qumico en la cual se forma compuestos inter metlicos insolubles. V.1.1.3.- Procesos de Destilacin Los procesos de destilacin son empleados aprovechando las diferencias de presin de vapor que existe entre el metal de importancia y las impurezas.

V.2.- COMPLEJO METALRGICO KARACHIPAMPAV.2.1.- PROCESO HARRIS El proceso Harris est basado en la oxidacin de las impurezas en presencia de un bao alcalino fundido, compuesto de NaOH y NaCl. La oxidacin se realiza por la aportacin de uno o varios medios de oxidacin. Los ms importantes son: Oxgeno del aire : produce oxidacin lenta NaN03 : produce oxidacin rpida Antimoniato de sodio : sal que puede oxidar As y Sn La funcin de estos medios de oxidacin ser definida ms adelante detalladamente. El NaOH se combina con los xidos formados para dar sales oxidadas. Este enlace se produce rpidamente. De ello resulta que la velocidad de las reacciones de oxidacin es mucho mayor en presencia de NaOH que en su ausencia. Las sales formadas son arrastradas por el bao de sosa. EL NaCl permanece inerte en el proceso Harris. La adicin de NaCl reduce la viscosidad de la mezcla NaOH-Sales oxidadas. El proceso Harris tiene la ventaja de permitir a las sales oxidadas formadas, por una va hmeda, una separacin selectiva para dar arseniato, estannato y antimoniato respectivamente. Estos productos y en particular los dos ltimos, son valorizables y contienen otros elementos en cantidad nfima, es decir impurezas. V.2.2.- Principio de la mquina Harris V.2.2.1.- Objeto de la mquina Harris El objeto de la mquina Harris es el refinado de plomo que est continuamente en contacto (durante el tiempo de reaccin) con un bao de sal de sosa fundido, dando tiempo, a las impurezas de oxidarse y transformarse en sales oxidadas. V.2.2.2.- Descripcin de la mquina Harris La parte ms importante de la mquina Harris es un cilindro equipado en su parte superior con una cubierta mvil para la alimentacin en sosa. Adems est provisto de aberturas para la alimentacin en plomo lquido y evacuacin de las sales alcalinas, de un mecanismo para la alimentacin en 3

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NaNO3 y tiene en la parte inferior una abertura con chapaleta para la descarga del plomo lquido. El cilindro se sumerge en un bao de plomo de obra licuado a refinar. El cilindro contiene el bao alcalino que, dada su densidad sobrenada al plomo igualmente presente. El plomo del cilindro y el de la cuba estn en contacto por mediacin de una abertura que puede eventualmente cerrarse por un mecanismo de chapaleta. En la cuba, se halla inmersa una bomba que acarrea el plomo de obra licuado a refinar de la cuba hacia la parte superior del cilindro. V.2.2.3.- Principio de la operacin La operacin se efecta en circuito cerrado entre la cuba y el cilindro puede descomponerse de la manera siguiente: Traslado del plomo a refinar de la cuba al extremo superior del cilindro por bombeo Dispersin del plomo en el bao alcalino Contacto del plomo con el b