TERMOMETALURGIAPIROMETALURGIA DEL COBRE

MC2 - 1

Principios - Fundamentos

Todos los elementos se oxidan con distinta tendencia Ca, Al, Si, Cr, Fe, S, Cu, Ag, Au (aqu ordenados de mayor a menor tendencia) Esto quiere decir que si se tiene Cr y Fe (metales), y al

colocarlos en contacto con O2 se oxida primero el Todas las oxidaciones son exotrmicas

Esto quiere decir que al reaccionar S con O2 para formar SO se energa.

MC2 - 2

2SO2 se energa.

No contaminar recuperar el SO2 desde los gases de salida para producir H2SO4 (l)

Escoria? Mezcla de xidos que durante el proceso debe estar

lquido, para. El Fe al oxidarse pasa a la fase escoria

Tendencia a la Oxidacin

Diagrama

de

Ellingham

C

a

l

o

r

l

i

b

e

r

a

d

o

MC2 - 3

C

a

l

o

r

l

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b

e

r

a

d

o

Resumen Objetivo del tema Etapa de alta temperatura que incluye la FUSION del concentrado que contiene

Cu, Fe, S y ganga; su posterior CONVERSION a Cobre Blister y etapa de REFINACIN

Se desarrolla tradicionalmente en TRES etapas que en casos ha podido desarrolarse en un solo horno.

FUSION a 1200-1250C/CONVERSION a 1200-1250C/REFINACION

En estado fundido se introduce O2 para oxidar el Fe en primer lugar y el S en segundo trmino y all se detiene el proceso de oxidacin, para no oxidar el Cu (ni los metales ms nobles que el Cu)

La oxidacin del Fe produce Fe3O4 principalmente que es separado del fundido a otra fase lquida llamada escoria

La escoria es una mezcla de xidos que debe estar en estado lquido.. para separar -

MC2 - 4

La escoria es una mezcla de xidos que debe estar en estado lquido.. para separar -proteger de la oxidacin de los metales an no oxidados (S, Cu)

La mezcla de xidos est formada por: (oxido de Fierro, xidos de la ganga y otro oxido agregado llamado FUNDENTE, que permite que la mezcla est lquida a la temperatura del proceso - 1250C)

El Fe se oxida antes que el S por lo que al oxidarse el Fe el fundido se transforma en sulfuro de cobre protegido por la capa de escoria. El S

La oxidacin de S ocurre despus de la oxidacin del Fe, y pasa a formar SO2 (gas) que est mezclado en la fase gaseosa con otros gases gases de la combustin y aire

El tema relevante en el tratamiento pirometalrgico est vinculado al tema de la eventual contaminacin ambiental y el uso eficiente de las energa para llevar el sistema a 1250C

Se incluye en esta presentacin la etapa de REFINACIN ELECTROLTICA

REFINACINTERMICA

BASCULANTE

ANO

Esquema general Hornos en la Termometalurgia Cu

CONVERSIONCONVERSION

CONVERTIDOR

FUSIN(OPCIONES)

REVERBERO

MC2 - 5

REVERBERO

Cargas slidas

ODOS

CONVERTIDOR PIERCE SMITH

(CPS)

CONVERTIDOR TENIENTE (CMT CT)

FLASH(INCO, Outokumpu)

Al final de la etapa termometalrgica se obtiene cobre refinado trmicamente (99%) que se hace solidificar en moldes (de cobre) en una

MC2 - 6

(de cobre) en una forma tal que posteriormente es refinado electrolticamente donde hace el rol de ANODO

MC2 - 7

MC2 - 8

Termometalurgia en ChileProduccin

(ref. Minera Chilena99)

Chuquicamata 500.000

Caletones 340.000

Potrerillos 140.000

MC2 - 9

Altonorte 120.000

Chagres 120.000

Ventanas 110.000

Paipote 80.000

MC2 - 10

FUSINREFINACIN

CTODOS CHANCADO

MINA

Obtencin de Cobre: PIROMETALURGIA

MC2 - 11

99,99% Cu

CONCENTRACIONCONVERSIN

REFINACIN trmica

MOLIENDA

TERMOMETALURGIA - PIROMETALURGIA

Es necesario fundir... Para que en este estado sea factible separar (por oxidacin / separar por reaccin qumica) el Cobre del Fe y del azufre

En La termometalurgia se presentan tres etapas fundamentales:

MC2 - 12

fundamentales:Fusin o Fusin conversinConversinRefinacin

Termometalurgia SE FUNDE EL CONCENTRADO: MINERALES SULFURADOS DE

COBRE: 30%Cu 30%Fe 30%S (CuFeS2) LA SEPARACIN SE PRODUCE EN ESTADO LQUIDO, APROVECHA

TENDENCIA SELECTIVA DE LOS DISTINTOS ELEMENTOS AREACCIONAR A ALTAS TEMPERATURAS, EN PARTICULAR CONOXGENO. EN PARTICULAR EN EL CASO DEL COBRE SE OXIDA ELFIERRO Y EL AZUFRE

MC2 - 13

LAS REACCIONES DE OXIDACIN SON EXOTRMICAS EL FIERRO AL OXIDARSE PASA A LA ESCORIA COMO XIDO

MEZCLADO CON OTROS OXIDOS (GANGA Y FUNDENTE) EL AZUFRE AL OXIDARSE PASA A ESTADO GASEOSO, SO2, QUE ES

PRECISO RECUPERAR, PRODUCIENDO CIDO SULFRICO LOS METALES QUE NO SE OXIDAN SE REFIEREN A METALES

NOBLES con relacin al COBRE: Au, Ag, Te, Se,

ALTA RECUPERACIN DE LAS ESPECIES

Tendencia a la Oxidacin

Diagrama de Ellingham

C

a

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o

MC2 - 14

C

a

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a

d

o

20.522 0.5SO+FeS+CuS0.5O+CuFeS

Calores de REACCINREACCIN H298(cal/mol)

Poder CalorficoKcal/Kg

concentrado90% de CPY

COMBUSTIN AZUFRE PIRTICO:-22.495 110

CONVERSINA) -115.000 565OFe91O181+FeO31

Eje o MATA

MC2 - 15

2(g)SO21+Cu2O21+0.5CuS

A)

B)

-115.000

-8.093

-10.000

-30.625

565

40

50

150

432 OFe91O181+FeO31

2(g)2 SO+FeO1.5O+FeS ( )22 2FeOSiO31SiO31+FeO32

METAL BLANCO

Otras Reacciones Procesos

41.800-31.710-32.980

KeqConstante equilibrio

G(cal/mol)

Indica tendencia

H (cal/mol)Energa liberada

)()()()( ++ llll FeOSCuOCuFeS 22

Para el caso de que parte del cobre se haya oxidado y est en la fase escoria

MC2 - 16

75,3-12.880-7.270

41.800-31.710-32.980)()()()( llll 22

222 62 SOCuOCuSCu lll ++ )()()(

Escoria (mezcla de xidos)Eje metal blanco cobre

blister

Datos y Propiedades de Inters

Densidad TFUSIN (C)Cobre 8,6 1083Cu2S 5,6 5,8 1100-1130Cu2O 6,0 1235SO2 gas

MC2 - 17

Fierro 7,8 1540Fe3O4 5,20 1538 dFe2O3 5,12 1560 dFeSiO3 3,5 1550CaO 3,32 2570CaSiO3 2,9 1540SiO2 2,32 1710

DIAGRAMA DE FASES. Muestra las temperaturas necesarias para lograr tener en estado lquido una mezcla de xidos SiO2 puro funde a 1710C y Al2O3 puro funde a 2030C aproximadamenteUna solucin SiO2 con un 7% Al2O3 puede estar lquida a menores temperaturas o sea Al2O3 es fundente de la Slice.y viceversa.

LIQUIDO

MC2 - 18

TERMOMETALURGIA del CobreFusin Conversin

MC2 - 19

Densidades:eje : ~4.5 gr/cm3 escoria : ~3.5 gr/cm3

Viscosidadeseje : 10 cpescoria :103 cp

ESQUEMA FUSIN

Horno REACTOR

RECIRCULANTE AIRE/OXGENO ENERGA FUNDENTE SiO2

CONCENTRADOCALCOPIRITA

25-30% Cu25-30% Fe25-30% S

GASESESCORIA

(mezcla de

MC2 - 20

Horno REACTORT (COBRE) > 1250C

GASES (mezcla de xidos)

METAL BLANCO: SULFURO DE COBREEJE O MATA= SULFUROS DE COBRE Y FIERRO

HORNOCONVERTIDOR

ASPECTOS DE INTERS1. DE DONDE SE SACA LA ENERGA PARA FUNDIR?

Combustin Petrleo

Combustin Gas Natural

Combuston del Concentrado

...

MC2 - 21

2.2. RECUPERAR EL SO2 PARA NO CONTAMINARLa idea es concentrar el SO2 en los gases de salida

Uso de aire enriquecido en vez de aire en la

combustin

Uso de combustin del concentrado

...

Efecto de uso de oxgeno en vez de aire

12224 Energa + O2H+CO2O+CH

Al usar OXGENO en la combustin se generan 3 moles por cada mol de CH4 y se libera una energa E1

Al usar AIRE en la combustin se GENERAN ms moles (11 aprox.) en los gases de salida y la misma energa liberada de esta reaccin de

MC2 - 22

los gases de salida y la misma energa liberada de esta reaccin de oxidacin exotrmica E1

La energa liberada permite calentar los gases de la combustin (3 o 11 segn el caso) y estos transmitirla para fundir la carga De esta forma se deduce que la temperatura de la llama en caso de usar aire es menor y por consiguiente se requiere usar ms CH4 para fundir y hay ms gases que diluyen el SO2 formado en la etapa de oxidacin

1Energa ,,

),,(,

+++++ 222224 79042042790210

4204 NOHCONOCH

FUSIN HORNO REVERBEROENTRADA SALIDA

CARGA DE CONCENTRADO, 8% Humedad AIRE / COMBUSTIBLE / aire enriquecido SIO2 (fundente)

EJE/MATA ESCORIA (0,5%Cu) GASES (1 a 3%SO2)

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FUSIN HORNO REVERBEROENTRADA SALIDA

CARGA DE CONCENTRADO, 8% Humedad AIRE / COMBUSTIBLE / aire enriquecido SIO2 (fundente)

EJE/MATA ESCORIA (0,5%Cu) GASES (1 a 3%SO2)

PRINCIPALMENTE HORNO DE FUSIN DE CONCENTRADO DISEADO PARA CONDICIONES DE NO-APROVECHAMIENTO

ENERGTICO DE LA OXIDACIN DEL CONCENTRADO

MC2 - 24

ENERGTICO DE LA OXIDACIN DEL CONCENTRADO PRODUCTO DE LO ANTERIOR, MUCHOS GASES DE LA

COMBUSTIN DILUYEN EL POCO AZUFRE OXIDADO A SO2,HACIENDO POCO FACTIBLE SU RECUPERACIN

DESARROLLADO EN EPOCAS DE BAJA PREOCUPACINAMBIENTAL

TENDENCIA A DESAPARECER Y REEMPLAZO POR CT CMT

Convertidor Teniente: CT CMT

MC2 - 25

Convertidor Teniente: CT CMT

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Es un proceso continuo de FUSIN-CONVERSIN de CONCENTRADOS DE COBRE, que se realiza en FORMA AUTGENA POR EL USO DEL CALOR DE LAS PROPIAS REACCIONES DE OXIDACIN que se originan en el Convertidor. Su origen se remonta a la dcada del 70...

Esquema CT (Convertidor Teniente)Bajo el nivel de lquido se inyecta concentrado seco que se funde, y aire (u oxgeno) que oxida principalmente al Fe del concentrado de Cobre Esta energa de oxidacin del Fe se genera en el lquido fundido y es la que permite calentar y fundir el mismo concentrado inyectado por las toberas Al oxidarse el Fe queda solamente sulfuros de cobre que se le denomina METAL BLANCO

MC2 - 27

CT CMT: Origen y desarrollo Inicialmente esta tecnologa consideraba LA CONVERSIN DE MATA O EJE DEL REVERBERO y la FUSIN AUTGENA Y SIMULTNEA DE LOS CONCENTRADOS DE COBRE Autgena en el sentido que no requera de aportes extras de energa, dado que reciba carga ya fundida (eje del reverbero)

De acuerdo a su concepcin original, la energa liberada producida cuando el eje se oxidiza se usa para fundir carga "verde". El oxgeno se usa como parte del soplado, PRODUCINDOSE EJE DE ALTA LEY ("METAL

MC2 - 28

como parte del soplado, PRODUCINDOSE EJE DE ALTA LEY ("METAL BLANCO", 75% DE COBRE), ESCORIA y DIXIDO DE SULFRO reforzado como gas de salida.

Sin embargo, de acuerdo con las ltimas mejoras introducidas, que se refieren a la INYECCIN DE CONCENTRADO SECO EN LOS CONVERTIDORES TENIENTE, se ha ido disminuyendo progresivamente la adicin de eje....

Hoy al no existir eje proveniente del Reverbero, dej de ser autgeno y requiere el suministro o aporte de energa.

Salida Gases

SplashingSplashing

Esquema CTLa inyeccin y generacin de gases bajo el nivel de lquido genera gran turbulencia y el metal blanco (sulfuro de cobre) queda emulsionado con la fase escoria Por ello debe asociarse otro equipo que permita decantar el metal blanco Por ello aparecen HORNOS DE LIMPIEZA DE ESCORIAS (HLE HELE)

MC2 - 29

Metal Blanco

Escoria

Sangra EscoriaSangra Escoria Sangra Metal Blanco

Mezcla - Emulsin

Oxgeno y Concentrado Oxgeno y Concentrado por Toberaspor Toberas

SplashingSplashing

CMT

MC2 - 30

CMT

MC2 - 31

Vista Toberas CMT

MC2 - 32

Fusin HORNO FLASHENTRADA SALIDA

CARGA DE CONCENTRADO AIRE ENRIQUECIDO SIO2

EJE/MATA ALTO GRADO (60%Cu) ESCORIA (1%Cu) GASES (10-12%SO2)

{ } calor+SO+SiO:FeO+FeSCuSSiO+O25+)CuFeS( 22222

MC2 - 33

Fusin Flash

MC2 - 34

PIERCE Smith Mediante la inyeccin de aire se logra oxidar el S y el Fe del EJE, para

convertir el sulfuro de cobre y fierro en COBRE BLISTER (98%) Mediante la inyeccin de aire se logra oxidar el S del METAL BLANCO,

para convertir el sulfuro de cobre en COBRE BLISTER (98%)

MC2 - 35

{ } 2432022 2 SOOFeSiOFeOCuSiOOSFeCu ++++ :)(

ENTRADA SALIDA EJE-MATA METAL BLANCO AIRE ENRIQUECIDO SIO2

COBRE BLISTER (98%Cu) ESCORIA (1%Cu) GASES (5-12%SO2)

Convertidor Pierce Smith

MC2 - 36

CPS

MC2 - 37

MC2 - 38

Convertidor Pierce Smith

Horno Refino Basculante

Refinacin de cobre blister... Para obtencin y colada de anodos de cobre

MC2 - 39

REFINO A FUEGO

Horno de Refino Basculante Hornos de Refino Reverbero

MC2 - 40

REFINO A FUEGO

Propsito: Remover trazas de azufre, oxgeno y algunas impurezas desde el cobre blster.

Para lo anterior, se desarrollan dos etapas principales:

Proceso de oxidacin.

MC2 - 41

Proceso de oxidacin.

Proceso de reduccin.

REFINO A FUEGO Reacciones asociadas al perodo de oxidacin:

GasesSOOS 22

Soplado AireCobre en Disuelto

+

MC2 - 42

GasesSoplado AireCobre en Disuelto

cobreen disuelto

Soplado Aire2 O2O

REFINO A FUEGO Reacciones asociadas al perodo de reduccin:

Gases

Cobreen Disuelto

ductorRe

COO+C

MC2 - 43

Gases2

Cobreen Disuelto

Gases

COO+CO

Gases2

Cobreen Disuelto

Gases2 OHO+H

HORNO DE REFINO BASCULANTE

Diseado para tratar cobre lquido

Inyeccin de Aire en el bao en etapa de oxidacin

Inyeccin de Hidrocarburos lquidos y/o

MC2 - 44

Inyeccin de Hidrocarburos lquidos y/o gaseosos en el bao para etapa de reduccin

HORNO DE REFINO BASCULANTE

GasesGas Natural

MC2 - 45

AireReductor

HORNO DE REFINO REVERBERO

Diseado para tratar principalmente carga slida

Inyeccin de Aire en el bao en etapa de oxidacin

MC2 - 46

Adicin de madera en el bao para etapa de reduccin

HORNO DE REFINO REVERBERO

FundentesMadera Reduccin

Gases

MC2 - 47

Reduccin

Aire OxidacinAire Oxidacin

COLADA DE ANODOSCobre refinado desde Hornos de Refino.... colados en moldes solidificado en moldes ... para su posterior REFINACIN ELECTROLTICA

MC2 - 48

RUEDA DE MOLDEOANODOS

MC2 - 49

Comparacin de consumos...

MC2 - 50

HORNOREVERBERO

SECADO

HORNOFLASHCONVERTIDOR ELECTROELECTRO

CONCENTRADO (30%Cu)

CTODOS99,9% Cu

PROCESOS DE FUSIN Y CONVERSIN

MC2 - 51

CONVERTIDOR TENIENTE CMT

CONVERTIDOR Pierce-Smith

ELECTROELECTROREFINACINREFINACIN

HORNO REFINO

ANODOS (s)ANODOS (s)

Alternativas

MC2 - 52

DIAGRAMA DE FLUJO DE MINERALES SULFURADOS CATODOS ELECTRO-REFINADOS

MC2 - 53

Esquema Pirometalurgia: Codelco Teniente

MC2 - 54

Existen dos tipos de cobre electrolticos: CTODOS ELECTRO-REFINADOS (etapa posterior a la Termometalurgia) y CATODOS ELECTRO-OBTENIDOS (va Hidrometalurgia):

En el caso de ctodos electro-refinados, SE

ELECTRO - REFINACINELECTRO OBTENCIN?

MC2 - 55

En el caso de ctodos electro-refinados, SE DISUELVEN NODOS DE COBRE, depositando el metal en lminas iniciales de cobre puro...

En el caso de los ctodos electro-obtenidos el metal disuelto es extrado de un electrolito rico en cobre.... Esto sucede en la HIDROMETALURGIA

ElectroRefinacin: SecuenciaCtodo de Titanio Junto a un nodo para Hoja Inicial de Cu

MC2 - 56

Retiro de Ctodo de Titanio con la pelcula de Cu. Por ambos Lados, despus de 24 Horas

MC2 - 57

Despegue de la Hoja de Cu, de un peso aproximado de 5,5 Kilos

MC2 - 58

La hoja de Cu en la mquina Fabricadora de Ctodos Iniciales, a objeto colocarle Orejas y tubo.

MC2 - 59

Ctodo Inicial saliendo Listo para ser depositado

en la cuba junto a un nodo de Cu

MC2 - 60

Ctodo Inicial junto a un nodo de Cu Por espacio de 8 das.

MC2 - 61

Catado Listo Para retirarlo despus de 8 das

MC2 - 62

Retiro de Ctodos de Cu Refinados de la cuba

MC2 - 63

Cosecha de Ctodos Refinados con un Peso Final de 120 Kilos

MC2 - 64

Seleccin y lavado de Ctodos

MC2 - 65

Enzunchado y Almacenaje de Ctodos Comerciales

MC2 - 66

Lavado Final y Despacho a Embarque a Mercados Extranjeros y Nacionales

MC2 - 67

CATODOS ELECTRO-OBTENIDOS (refinacin electroltica)

MC2 - 68

MC2 - 69

Vista Refinera Electroltica

MC2 - 70

MC2 - 71

MC2 - 72

MC2 - 73

MC2 - 74

Esquema CODELCOVentanas

MC2 - 75

Esquema CODELCO Ventanas

MC2 - 76

Esquema CODELCO Ventanas

MC2 - 77

Vista Global Proceso CODELCO Ventanas

(la existencia del HELE es para recuperar el metal blanco atrapado en las

MC2 - 78

blanco atrapado en las escorias del CMT)

MC2 - 79

MC2 - 80

Refinacin Electroltica

Cosecha de ctodos

MC2 - 81

Esquemas y Complementos

HORNO ELCTRICO DE LIMPIEZA DE ESCORIAS

SECADOR

VISTAS AEREAS DE CODELCO VENTANAS

FOTOS DE ESCORIAS, COLADAS Y COBRE ATRAPADO

MC2 - 82

FOTOS DE ESCORIAS, COLADAS Y COBRE ATRAPADO

FIN

Horno Elctrico Limpieza Escorias (HELE)

MC2 - 83

Escoria Eje de Eje de Alta LeyAlta Ley

SECADOR ROTATORIO

Gases FrosGases Fros

Elimina humedad de concentrado desde un 8% hasta un 0,02% aproximadamente.

Utiliza GAS NATURAL como combustible y tiene opcin de utilizar petrleo.

Cuenta con Filtros de Mangas para captar concentrado seco arrastrado en los gases

Operacin en modo Co-corriente por motivos de seguridad Es ms econmico eliminar el agua en el secador que en los reactores.

MC2 - 84

Gases de Combustin

Concentrado Hmedo

Gases FrosGases Fros

Concentrado SecoVOLVER

CODELCO VENTANAS

MC2 - 85

CODELCO Ventanas

MC2 - 86VOLVER

Vaciado de Escorias

MC2 - 87

MC2 - 88

MC2 - 89

MC2 - 90

MC2 - 91

Vista a interior de Horno

MC2 - 92

Vista a interior de Horno

MC2 - 93

Inicio de vaciado

MC2 - 94

Vaciado

MC2 - 95

Vaciado

MC2 - 96

Vaciado Horno

MC2 - 97

Vaciado Escoria

MC2 - 98

Interior Horno.... muestreo

MC2 - 99

Cobre atrapado en escorias

MC2 - 100

MC2 - 101

MC2 - 102

FIN TERMOMETALURGIA

DEL COBRE y

MC2 - 103

DEL COBRE y REFINACIN

ELECTROLTICA