horno noranda
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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.