02 termometalurgia cu
TRANSCRIPT
-
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
i
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
l
o
r
l
i
b
e
r
a
d
o
MC2 - 14
C
a
l
o
r
l
i
b
e
r
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)
MC2 - 23
-
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
MC2 - 26
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