horno noranda

TENDENCIAS EN PIROMETALURGIA DEL COBRE

(HORNO NORANDA)

PRESENTA: VERA ORELLANA MICHAEL

TENDENCIAS EN PIROMETALURGIA DEL COBRE

INTRODUCCION

REACCIONES QUIMICAS

DESCRIPCION DE PROCESOS

CONCLUSIONES

TEMARIO DE LA PRESENTACIÓN

En la región andina, aproximadamente el 90 % de los yacimientos corresponden a minerales sulfurados

INTRODUCCION

RUTAS DE PRODUCCIÓN

PIROMETALURGIA : minerales sulfurados

HIDROMETALURGIA : minerales oxidados

INTRODUCCION

FACTORES DE SELECCIONDE PROCESOSUNITARIOS O INTEGRADOS

FACTORES AMBIENTALES

GASES:Emisiones límites para SO2

Emisiones límites para material Particulado

LIQUIDOS:Emisiones límites para Enfluentes Líquidos (Riles)

SOLIDOS:Manejo y disposición final de Sólidos ( Ris)

FACTORES DE SELECCIONDE PROCESOSUNITARIOS O INTEGRADOS

FACTORES TECNICOSCapacidad de DiseñoFlexibilidad OperacionalDisponibilidad de EquiposCumplimientos AmbientalesMadures y Aceptación Industrial del ProcesoControl de Proceso

FACTORES ECONOMICOSCosto de InversiónCosto de Operación

INTRODUCCION

REACCIONES QUIMICAS

FUNDAMENTOS

“QUÍMICAMENTE, el proceso de fusión - conversión representa una progresiva oxidación del hierro y del azufre contenidos en el concentrado”

G“RAZÓN FUNDAMENTAL que posibilita la producción de cobre metálico mediante esta secuencia de procesos oxidantes es la mayor afinidad del hierro por el oxígeno, relativa a la del cobre”

SECADO DE CONCENTRADO

REACCIONES QUIMICAS

Disminuir la humedad de los concentrados de 8 - 10 % hasta 0.2 %.

Métodos modernos de fusión requieren de concentrados secos para reducir consumos energéticos y facilitar el transporte a los equipos de fusión.

Descomposición de las fases sulfuradas, fusión y oxidación parcial del hierro, azufre e impurezas a temperaturas sobre

1000ºC, formando tres fases diferentes:

FUSIÓN PRIMARIA

REACCIONES QUIMICAS

• Eje o mata • Escoria • Gases (incluido arrastre de polvos)

REACCIONES QUIMICAS

Calcopirita 2 CuFeS2 + O2 Cu2S + 2FeS + SO2

Covelina 2CuS + O2 Cu2S + SO2

Bornita 2Cu5FeS4 + O2 5Cu2S + 2FeS + SO2

Enargita 2Cu3AsS4 + 2O2 3Cu2S + As2S3 + 2SO2

Pirita FeS2 + O2 FeS + SO2

DESCOMPOSICIÓN Y FUSIÓN DE FASES SULFURADAS Y OXIDACIÓN DEL AZUFRE

Eje = 45 - 69 % Cu

Metal Blanco = 70 - 78 % Cu

REACCIONES QUIMICAS

Solución líquida homogénea que se compone principalmente de las siguientes Especies:

Cu2S, FeS, Fe3O4, PbS, ZnS.

MATA

Solución líquida que se compone de las siguientes especies:

REACCIONES QUIMICAS

Fe2SiO4, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, otros óxidos metálicos.

Contenido de Cu = 2 - 10 %

ESCORIA

SO2, N2, O2, H2O, CO y CO2

El contenido de SO2 en los gases puede variar entre 2 y 80 % según la tecnología de fusión que se esté utilizando.

REACCIONES QUIMICAS

Se componen de:

GASES

El objetivo de la conversión es eliminar el hierro y el azufre del eje, para producir finalmente cobre metálico.

El proceso tradicional de conversión es discontinuo, autógeno y se divide en dos etapas: soplado a escoria y soplado a cobre.

REACCIONES QUIMICAS

CONVERSIÓN

FeS + 3/2 O2 FeO + SO2

FeO + 1/6 O2 1/3 Fe3O4

FeO + 1/2 SiO2 1/2 Fe2SiO4

DH298 = - 462.41 kJ/gmol FeS

DH298 = - 105.5 kJ/gmol FeODH298 = - 17.25 kJ/gmol FeO

Soplado a Escoria

REACCIONES QUIMICAS

Cu2S(l) + O2 2Cu (l) + SO2

Cu2S (l)+ 3/2 O2 Cu2O (l) + SO2

Cu2O(l) + 1/2 Cu2S (l) 3Cu (l) + SO2

DH1500 = - 219.7 kJ/gmol Cu2S

DH1500 = 15.6 kJ/gmol Cu2O

DH1500 = - 345.2 kJ/gmol Cu2S

REACCIONES QUIMICAS

Soplado a Cobre

Obtención de ánodos de calidad superficial

y química adecuada para su posterior

electrorefinación.

Oxidación del azufre y otras impurezasreducción del oxígeno generado porsobreoxidación del cobre

Cobre anódico (99.6 % de Cu, 10 - 100 ppm S

y 500 - 2000 ppm de oxígeno)

REACCIONES QUIMICAS

Proceso de Refinación a Fuego

OBJETIVO:

ETAPAS:

PRODUCTO FINAL:

a) REMOCIÓN DE AZUFRE:

S (en Cu (l)) + O2 (g) ------> SO2

b) DISOLUCIÓN DE OXÍGENO:

1/2 O2 (g) -------> O (en Cu(l))

REACCIONES QUIMICAS

Etapa de Oxidación

H2 (g) + O (en Cu(l) -------> H2O (g)

CO (g) + O (en Cu(l) -------> CO2 (g)

Si se utiliza un hidrocarburo como reductor este se mezcla con vapor de agua (20 % de exceso sobre el valor estequiométrico)para evitar el craqueo (formación de hollín):

C10H22 + 10 H2O (g) ------> 10 CO (g) + 21 H2 (g)

REACCIONES QUIMICAS

Etapa de Reducción

El objetivo es la recuperación del cobre

presente en la escorias de fusión-conversión,

mediante el proceso de reducción de

magnetita formando un eje o mata y una

escoria de descarte

REACCIONES QUIMICAS

Tratamiento de Escoria

Reducción y Escorificación

Fe3O4 + C 3 FeO + CO

FeO + 1/2 SiO2 1/2 Fe2SiO4

Reducción de la magnetita

Sedimentación (separación de fases)

Las etapas delproceso son :

REACCIONES QUIMICAS

SECADO DIRECTO (secador rotatorio, spray, flash, lecho fluidizado) material húmedo entra en contacto directo con el medio de secado.

SECADO INDIRECTO (multicoil steam dryer) material húmedo no tiene contacto directo con el medio de secado.

DESCRIPCION DE PROCESOS

Secado de Concentrados

SECADO DIRECTO

DESCRIPCION DE PROCESOS

SECADOR ROTATORIO

SECADO INDIRECTO

DESCRIPCION DE PROCESOS

SECADOR A VAPOR

Contop, Alemania

DESCRIPCION DE PROCESOS

FUSIÓN FLASHFlash Inco, Canadá

Flash Outokumpu, Finlandia

FUSIÓN EN BAÑO

Noranda, Canadá

Convertidor Teniente, Chile

Isa smelt, Australia

Mitsubishi, Japón

FUSIÓN EN CICLÓN

FUSION PRIMARIA:

DESCRIPCION DE PROCESOS

REACTOR NORANDA

REACTOR NORANDA

DESCRIPCION DE PROCESOS

Concentradoy Fundente

Toberas(aire enriquecido)

Sangríaeje

Quemador

Escoria

Gases

Anillo rotación

El proceso de fusión Noranda es un proceso de fusión continua de cobre, diseñado para tratar en forma muy eficiente concentrado de cobre y materiales de reciclables que contengan el metal. El proceso involucra la producción de un eje con alto contenido de cobre en un equipo cilíndrico recubierto de refractarios. Es importante destacar que, a diferencia de las fundiciones de Noranda en Canadá, hasta la fecha, en Chile el reactor se opera sólo con concentrados de cobre y los circulantes (carga fría) necesarios para el equilibrio térmico del proceso.

DEFINICION DEL REACTOR

El reactor continuo Noranda conceptualmente es muy similar al Convertidor Teniente. El concentrado seco se alimenta en forma lateral a través de las toberas de inyección y los fundentes, circulantes y concentrado húmedo se introducen por la parte superior del horno. Al igual que en el caso del convertidor Teniente, el calor necesario para el proceso lo genera la oxidación del azufre y del fierro, suplementado si el balance calórico así lo requiere, por quemadores de gas natural o diesel y oxígeno. El aire enriquecido con oxígeno se sopla en el metal fundido usando toberas sumergidas.En el reactor continuo se produce la fusión de la carga alimentada generando un baño líquido a una temperatura comprendida entre 1.200 y 1.280 °C. Durante el proceso se separan las dos fases líquidas: escoria en la parte superior y metal blanco en la inferior. La escoria se sangra periódicamente por el extremo opuesto a la carga del horno. El metal blanco extraído del reactor continuo se vacía a ollas y se traslada a los convertidores Peirce-Smith. Los gases metalúrgicos salen del reactor a una temperatura de 1.280 °C.

DEFINICION DEL REACTOR

El horno Noranda es un cilindro de acero horizontal recubierto por dentro con un refractario de magnesia-cromo de aproximadamente 0,5 m de espesor (Norsmelt, 2002). Los hornos industriales son de 4,5 a 5,5 m de diametro y de 18 a 26 m de largo. Tienen 35 a 65 toberas (5 o 6 cm de diametro) a lo largo del horno.

DESCRIPCION DEL REACTOR

CONSIDERACIONES REACTOR NORANDA

Inyectar continuamente concentrado seco por toberas.

Alimentar continuamente concentrado humedo, fundente, material retornado, chatarra y carbon o coque.

Soplar continuamente aire enriquecido con oxigeno (30 a 45 % en volumen de O2, a 1.4 atmosferas) a traves de toberas en la capa de mata fundida del horno.

Extraer continuamente gas efluente por una boca grande y una capucha en la cima del horno

Sangrar intermitentemente mata y escoria.

Cargar intermitentemente escoria fundida reciclada del convertidor por la boca del horno.(en desuso debido a la emision de gases) ; actualmente se carga escoria fria por Gar-Gun

REACTOR NORANDA

REACTOR CONTINUO ALTONORTE

ZONA DE TOBERAS

ZONA DE TOBERAS

FUSION EN BANO

• CONVERTIDOR TENIENTE• REACTOR NORARDA• AUSMELT – ISASMELT• PROCESO MITSUBISHI

CONVERTIDOR CONTINUO NORANDA

http://www.anypdftools.com/pdf-to-powerpoint.html

CONVERTIDOR CONTIVUO NORANDA

CONVERSIÓN MATAS DE COBRE

La conversión es un proceso que tiene porobjetivo eliminar el hierro, azufre y otrasimpurezas desde la mata o eje (compuestaspor Cu2S y FeS e impurezas enconcentraciones menores). produciendo uncobre metálico no refinado denominado blister

Blister: 98,5 - 99,5%Cu (0.3% a 0.5% de S).Semiblister contenidos de cobre de 98% cu, yS~1%,

CONVERSIÓN TRADICIONAL

La conversión tradicional se realiza en reactores cilíndricos llamados convertidores Pierce-Smith (CPS) los cuales procesan el eje proveniente del Horno Flash (60 a 62% de cobre) o el metal blanco proveniente del convertidore Teniente (74 a 76% de cobre) o reactor Noranda.

la conversión consiste en una oxidación secuencial de los compuestos que el eje. Esta oxidación comienza con una primera etapa formadora de escoria y otra productora de cobre blister. La conversión de mata industrial de cobre entrega como producto final cobre ampollado o blíster

Conversión Tradicional se desarrolla en dos etapas sucesivas, conocidas como :

“soplado a escoria”

“soplado a cobre”.

SOPLADO A ESCORIA

i) Oxidación de la pirrotita del eje

FeS(l ) + 3/2O2(g) = FeO(l ) + SO2(g)

ii) Fijación de la wüstita produciendo fayalita

2FeO (l) + SiO2 (s) = 2FeO · SiO2

iii) Oxidación de la wüstita a magnetita

3FeO (l) + 1/2O2(g) = Fe3O4 (s)

En esta etapa se oxida el sulfuro de fierro (FeS) el cual pasa a la escoria en forma de FeO y Fe3O4. La escoria es retirada como fayalita (2FeO SiO2) por etapas a lo largo del soplado a escoria.

SOPLADO A COBRE

Oxidación de azufre asociado al cobre

CuS0.5(l) + 1/2O2(g) = Cuº(l) + 1/2SO2(g)

También se produce otra reacción

2CuO0.5(l)+ CuS.0,5(l) = 3Cu (l) + 0.5SO2(g)

En el soplado a cobre se oxida el azufre asociado al cobre(Cu2S ),formando un cobre impuro denominado blister

PROCESOS DE CONVERSIÓN CONTINUA

El proceso Outokumpu (Flash Converting)

El proceso Noranda (convertidor continuo noranda)

El convertidor mitsubishi

El Isaconvert

Las dimensiones del NCV son: diametro 4,5 m, largo 19,8m. Tiene una boca adicional para cargar mata liquida y materiales solidos gruesos durante la conversion. El fundente, carbon y solidos finos se cargan a traves de un gargun. El semiblister se sangra a traves de uno de dos pasajes ubicados en el manto del convertidor y la escoria a traves de un pasaje ubicado en la culata opuesta a la de carguio de materiales solidos finos.

CONVERTIDOR CONTINUO NORANDA(NCV)

CONVERTIDOR CONTINUO NORANDA

DIAGRAMA DE FLUJO FUNDICION (HORNO)

Si blister ↑ As→Tratamiento.CaO paraeliminación deAs-Sb

HORNO DE FUNDICION

NCV EN LA FUNDICIÓN DE HORNO

Tiempo soplando entre reparaciones – 85%Toda la mata del reactor Noranda es procesada en el convertidorcontinuo.

Convertidores PS sirven como hornos de retención de semiblister y de eliminación de S.

Gas del NCV (12% SO2, diluido) va a planta de ácido.

NCV: COMPOSICIÓN DE LAS FASES (%)

Mata RNCu: 71-72 Fe: 3-4 ; Σ Pb, Zn, etc. 3-4

Escoria

SiO2 :26,9 Fe: 28,2 Cu: 10,2 Pb: 6,2 Zn: 4,6Semiblister

Cu: 98 S: 1,3 Fe: 0,003

COMPOSICIONES DE LOS PRODUCTOS LIQUIDOS

NVC: COMENTARIOS

Es fácilmente adaptable; opera con escoria fayalítica.Requiere riguroso control de los niveles de interfases.Requiere frecuentes reparaciones de refractarios.

Un nivel demasiado bajo de cobre blister conduciría a la contaminacióndel producto de conversión con metal blanco durante sangrías. Un niveldemasiado alto terminaría sumergiendo las toberas en blister. La falta decontrol de la posición de la interfase mata-escoria puede terminar con lastoberas sumergidas en la escoria o contaminación de escoria con metalblanco.

Salvo la mata sólida contenida en la carga fría, toda la mata del ReactorNoranda es alimentada al NCV en forma líquida. El carguío de coque tienepor objeto evitar la oxidación de la escoria por aire de infiltración.Considerando que el convertidor sopla el 85% del tiempo,la tasa instantáneade alimentación es 42 t/h.