La tostación es un proceso de calentar 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 los componentes metálicos. A menudo, antes de la tostación, el mineral ya ha sido parcialmente purificado, por ejemplo mediante flotación con espuma . El concentrado se mezcla con otros materiales para facilitar el proceso. La tecnología es útil para hacer utilizables ciertos minerales, 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 el concentrado de mineral se trata con aire muy caliente. Este proceso se aplica generalmente a minerales sulfurados . Durante la tostación, el sulfuro se convierte en un óxido y el azufre se libera en forma de dióxido de azufre , un gas. Para los minerales Cu 2 S ( calcocita ) y ZnS ( esfalerita ), las ecuaciones balanceadas para la tostación son:
El producto gaseoso de la tostación de sulfuro, el dióxido de azufre (SO 2 ), 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 mineral. Esto elevaría la temperatura del mineral hasta el punto en que su contenido de azufre se convertiría en su fuente de combustible, y el proceso de tostación podría continuar sin fuentes externas de combustible. Los primeros tostados de sulfuro se practicaban de esta manera en tostadores de "hogar abierto", que se agitaban 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 liberó grandes cantidades de compuestos ácidos, metálicos y otros compuestos tóxicos. Los resultados de esto incluyen áreas que incluso después de 60 a 80 años siguen en gran medida sin vida, a menudo correspondientes exactamente al área de la cama de asado, 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 oxidante, 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, parcial o totalmente por oxígeno. Para la tostación de sulfuros, la reacción general puede venir dada por:
Tostar el mineral de sulfuro, hasta eliminar casi por completo el azufre del mineral, da como resultado un tostado muerto . [5]
La tostación volatilizante implica la oxidación a temperaturas elevadas de los minerales, para eliminar elementos impurezas en forma de sus óxidos volátiles. Ejemplos de tales óxidos volátiles incluyen As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , ZnO y óxidos de azufre. Es necesario un control cuidadoso del contenido de oxígeno en el tostador, ya que una oxidación excesiva puede formar óxidos no volátiles.
La tostación con cloración 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 forma de cloruro . Ciertas formas de tostación clorizada pueden estar representadas por reacciones generales:
La primera reacción representa la cloración de un mineral de sulfuro que implica una reacción exotérmica. La segunda reacción que involucra 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 a su forma de óxido a altas temperaturas. [6]
La tostación por sulfatación oxida ciertos minerales de sulfuro a sulfatos en un suministro de aire para permitir la lixiviación del sulfato para su posterior procesamiento. [ cita necesaria ]
La tostación magnética implica una tostación controlada del mineral para convertirlo en una forma magnética, lo que permite una fácil separación y procesamiento en pasos posteriores. Por ejemplo, reducción controlada de 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 real.
La tostación sinterizada implica calentar los minerales finos a altas temperaturas, donde tienen lugar simultáneamente la oxidación y la aglomeración de los minerales. Por ejemplo, los minerales de sulfuro de plomo se someten a sinterización en un proceso continuo después de la flotación por espuma para convertir los minerales finos en aglomerados trabajables para operaciones de fundición adicionales.