La tostación es un proceso de calentamiento de un mineral de sulfuro a una temperatura alta en presencia de aire. Es un paso en el procesamiento de ciertos minerales . Más específicamente, la tostación es a menudo un proceso metalúrgico que implica reacciones gas-sólido a temperaturas elevadas con el objetivo de purificar el componente o los componentes metálicos. A menudo, antes de la tostación, el mineral ya ha sido parcialmente purificado, por ejemplo, mediante flotación por espuma . El concentrado se mezcla con otros materiales para facilitar el proceso. La tecnología es útil para hacer que ciertos minerales sean utilizables, pero también puede ser una fuente grave de contaminación del aire . [1]
La tostación consiste en reacciones térmicas gas-sólido, que pueden incluir oxidación, reducción, cloración, sulfatación y pirohidrólisis. En la tostación, el mineral o concentrado de mineral se trata con aire muy caliente. Este proceso se aplica generalmente a minerales de sulfuro . Durante la tostación, el sulfuro se convierte en un óxido y el azufre se libera como dióxido de azufre , un gas. Para los minerales Cu2S ( calcosina ) y ZnS ( esfalrita ), las ecuaciones balanceadas para la tostación son:
El producto gaseoso de la calcinación del sulfuro, el dióxido de azufre (SO2 ) , se utiliza a menudo para producir ácido sulfúrico . Muchos minerales de sulfuro contienen otros componentes, como el arsénico, que se liberan al medio ambiente.
Hasta principios del siglo XX, la tostación se iniciaba quemando madera sobre el mineral. Esto elevaba la temperatura del mineral hasta el punto en que su contenido de azufre se convertía en su fuente de combustible y el proceso de tostación podía continuar sin fuentes de combustible externas. La primera tostación con sulfuro se practicaba de esta manera en tostadores de "hogar abierto", que se removían manualmente (una práctica llamada "rabbling") utilizando herramientas similares a rastrillos para exponer el mineral sin tostar al oxígeno a medida que avanzaba la reacción.
Este proceso libera grandes cantidades de compuestos ácidos, metálicos y otros compuestos tóxicos. Como resultado, se pueden observar zonas que, incluso después de 60 u 80 años, siguen estando prácticamente sin vida, a menudo exactamente iguales a la superficie del lecho de tostado, algunas de las cuales tienen cientos de metros de ancho por kilómetros de largo. El tostado es un proceso exotérmico. [2] [3]
A continuación se describen diferentes formas de tostado: [4]
La tostación oxidativa, el proceso de tostación más comúnmente practicado, implica calentar el mineral en exceso de aire u oxígeno, para quemar o reemplazar el elemento impuro, generalmente azufre, en parte o en su totalidad por oxígeno. Para la tostación con sulfuro, la reacción general puede darse por:
Al tostar el mineral de sulfuro hasta eliminar casi por completo el azufre del mineral, se obtiene un mineral tostado muerto . [5]
La tostación volatilizante implica la oxidación a temperaturas elevadas de los minerales para eliminar elementos impuros en forma de óxidos volátiles. Entre los óxidos volátiles se incluyen As2O3, Sb2O3 , ZnO y óxidos de azufre . Es necesario controlar cuidadosamente el contenido de oxígeno en el tostador, ya que una oxidación excesiva puede formar óxidos no volátiles.
La tostación clorhidrante transforma ciertos compuestos metálicos en cloruros mediante oxidación o reducción. Algunos metales como el uranio , el titanio , el berilio y algunas tierras raras se procesan en su forma de cloruro . Ciertas formas de tostación clorhidrante pueden representarse mediante las reacciones generales:
La primera reacción representa la cloración de un mineral de sulfuro que implica una reacción exotérmica. La segunda reacción que implica un mineral de óxido se facilita mediante la adición de azufre elemental. Los minerales de carbonato reaccionan de manera similar al mineral de óxido, después de descomponerse en su forma de óxido a altas temperaturas. [6]
La tostación con sulfatación oxida ciertos minerales de sulfuro a sulfatos en un suministro de aire para permitir la lixiviación del sulfato para su posterior procesamiento. [ cita requerida ]
La tostación magnética implica la tostación controlada del mineral para convertirlo en una forma magnética, lo que permite una fácil separación y procesamiento en pasos posteriores. Por ejemplo, la reducción controlada de la hematita (Fe 2 O 3 no magnético ) a magnetita (Fe 3 O 4 magnético ).
La tostación reductora reduce parcialmente un mineral de óxido antes del proceso de fundición propiamente dicho.
La tostación por sinterización implica calentar los minerales finos a altas temperaturas, donde se produce simultáneamente la oxidación y la aglomeración de los minerales. Por ejemplo, los minerales de sulfuro de plomo se someten a una tostación por sinterización en un proceso continuo después de la flotación por espuma para convertir los minerales finos en aglomerados trabajables para operaciones de fundición posteriores.