clase4.pirometalurgia
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FUNDICIÓN DE
CONCENTRADOS DE MENAS
MINERALES.
1ª FASE DE LA OBTENCIÓN DEL
METAL EN LA CADENA DE VALOR
DEL NEGOCIO MINERO.
CONSIDERACIONES BASICAS
TECNOLOGÍAS PARA OBTENCIÓN DE METALES
• LOS PROCESOS DE OBTENCION DE METALES, TIENEN POR
OBJETIVO TRANSFORMAR MEDIANTE REACCIONES QUIMICAS, LOS
MINERALES DE UNA MENA EN COMPUESTOS FACILMENTE
SEPARABLES DE LA GANGA.
• DE ACUERDO AL MEDIO EN QUE SE REALIZAN ESTAS
REACCIONES, SE DISTINGUEN LOS PROCESOS
HIDROMETALURGICOS (EN MEDIO ACUOSO), LOS PROCESOS
PIROMETALURGICOS (A ALTAS TEMPERATURAS) Y LOS PROCESOS
ELECTROMETALURGICOS (EMPLEAN CORRIENTE ELECTRICA PARA
SEPARAR EL METAL EN EL PROCESO).
• LA MAYOR PARTE DE LOS SULFUROS SE SEPARA DE LA GANGA
MEDIANTE FLOTACION. EL PRODUCTO OBTENIDO GENERALMENTE
ES UN CONCENTRADO DEL METAL QUE REQUIRE DE ETAPAS
ADICIONALES DE PROCESO PARA OBTENER EL METAL REFINADO
COMERCIABLE.
CONSIDERACIONES BASICAS
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
• EN ESTE CONTEXTO, LAS TECNOLOGIAS PIROMETALURGICAS SE
EMPLEAN AMPLIAMENTE EN LA INDUSTRIA INTERNACIONAL Y SE
APLICAN PARA DIFERENTES METALES COMO COBRE, NIQUEL,
COBALTO, PLOMO, ZINC, ENTRE OTROS.
• LAS TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS SE DESARROLLAN EN
ETAPAS DE PROCESOS, QUE SE PUEDEN EXPRESAR EN FORMA
SIMPLIFICADA EN:
1) SECADO (OPCIONALMENTE TOSTACIÓN)
2) FUSION PARA SEPARAR FASES
3) CONVERSION
4) REFINACION A FUEGO.
ESTAS ETAPAS SE REALIZAN EN UN AMPLIO RANGO DE
TEMPERATURAS, QUE VAN DESDE LOS 120ºC PARA ELIMINAR LA
HUMEDAD DEL CONCENTRADO, HASTA LOS 1280ºC, EN QUE POR LO
GENERAL SE DESARROLLA LA FUSIÓN PRIMARIA
PIROMETALURGIA:
Agregación de valor
por etapa de
proceso
Concentrado: 30%
Mata/metal: 60-75%
Blister: 98,5%
Anodo : 99,7%
PROCESOS PIROMETALURGICOS:REACCIONES A ALTA TEMPERATURA
concentrado
SECADO
TOSTACION
FUSION
CONVERSION
REFINO A
FUEGO
200 600 900 1200
anodos TEMPERATURA ºC
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE LOS PROCESOS DE ALTA
TEMPERATURA:
ELEVADA CINÉTICA DE REACCIÓN
LOS SULFUROS SE PUEDEN UTILIZAR COMO COMBUSTIBLES
LA MAYORÍA DE LOS METALES FUNDIDOS SON INMISCIBLES CON
LAS ESCORIAS FUNDIDAS
LOS METALES PRECIOSOS SON SOLUBLES EN EL METAL FUNDIDO
TODOS LOS PROCESOS PIROMETALÚRGICOS ORIGINAN GASES
QUE REQUIEREN CONTROL DEL IMPACTO AMBIENTAL
LAS ESCORIAS DE PROCESOS DE FUNDICIÓN SON
RELATIVAMENTE ESTABLES EN UN AMBIENTE NATURAL
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DESARROLLO Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
FUERZAS IMPULSORAS DEL DESARROLLO TECNOLÓGICO DE
LAS FUNDICIONES DE CONCENTRADOS:
CRISIS DEL PETRÓLEO, ELEVADO COSTO DE LA ENERGÍA
PRESIONES AMBIENTALES EN PAISES DESARROLLADOS
BAJA EFICIENCIA TERMICA DE PROCESOS CLÁSICOS
ESCASA PRODUCTIVIDAD DE LAS INSTALACIONES
ALTO COSTO DE TRATAMIENTO
NATURALEZA DISCONTINUA DE LOS PROCESOS
SOBRECARGA FISICA A LABORES DE OPERADORES
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DESARROLLO Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
LAS RESTRICCIONES AMBIENTALES Y LAS PRESIONES PARA UN
USO EFICIENTE DE LA ENERGIA HAN MOTIVADO EL DESARROLLO
DE TECNOLOGIAS AVANZADAS Y LA DESAPARICION DE
TECNOLOGIAS CLASICAS DE FUSION COMO LOS HORNOS DE
CUBILOTE, LOS HORNOS REVERBERO Y LOS HORNOS
ELECTRICOS PARA FUSION DE CONCENTRADO.
DEL MISMO MODO, SE HAN ELIMINADO ETAPAS INTERMEDIAS
COMO LA TOSTACION DE CONCENTRADOS, AMPLIAMENTE
UTILIZADAS EN EL PASADO PARA SECAR CONCENTRADO,
ELIMINAR UNA FRACCION DEL AZUFRE CONTENIDO Y CALENTAR
LA CARGA PREVIA A LA FUSION, PRINCIPALMENTE EN HORNOS
REVERBEROS.
LAS ETAPAS INICIALES DEL PROCESO TAMBIEN HAN
EVOLUCIONADO, ENTRE ELLAS EL SECADO DE CONCENTRADO.
ACTUALMENTE LOS SISTEMAS DE FILTRACION MODERNOS DE
LAS PLANTAS CONCENTRADORAS PERMITEN ENTREGAR UNA
HUMEDAD RESIDUAL DE 7-8% EN LOS CONCENTRADOS.
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DESARROLLO Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
ESTA MEDIDA HA PERMITIDO ELIMINAR LA ETAPA DE SECADO
TRADICIONAL, INCORPORANDO CADA VEZ CON MAYOR
INTENSIDAD LA ETAPA DE “SECADO A MUERTE”, EN QUE SE
LLEGAN A HUMEDADES DE 0,2% O MENORES, REQUERIDAS POR
LAS TECNOLOGIAS DE FUSION AUTOGENAS. ( NO REQUIEREN
ENERGIA EXTERNA O COMBUSTIBLES). LAS TECNOLOGIAS DE
SECADO MAS UTILIZADAS SON EL SECADOR ROTATORIO Y EL
SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO.
LA TECNOLOGIA DE OBTENCION DE COBRE VIA
PIROMETALURGICA DESDE CONCENTRADOS SULFURADOS DE
COBRE, SE PUEDE CONSIDERAR COMO UN PROCESO DE
OXIDACION PROGRESIVO DEL FIERRO Y LUEGO DEL AZUFRE
CONTENIDO EN LOS CONCENTRADOS. LA TOTALIDAD DEL
FIERRO ES REMOVIDO EN LAS ESCORIAS DEL PROCESO, QUE
SON DESCARTADAS COMO RESIDUOS INERTES; EN TANTO LA
TOTALIDAD DEL AZUFRE ES ELIMINADA EN LOS GASES DE
FUNDICION, QUE PROCESADOS EN PLANTAS DE ACIDO SE
TRANSFORMAN EN ACIDO SULFURICO PARA FINES
COMERCIALES.
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DESARROLLO Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
PROCESO FUNDICIÓN
AzufreCobre
Hierro
Concentrado
Fundición
Oxigeno
Escoria
Cobre
Planta Acido
Sulfurico
Oxigeno Agua
Acido
Sulfúrico
Anhidrido
sulfuroso
LA RAZON TERMODINAMICA FUNDAMENTAL QUE POSIBILITA LA
PRODUCCION DE COBRE MEDIANTE ESTA SECUENCIA DE
PROCESOS OXIDANTES, ES LA MAYOR AFINIDAD DEL HIERRO
POR EL OXIGENO, RELATIVA A LA DEL COBRE. (REACCION 1).
DEL MISMO MODO, EL AZUFRE (COMO Cu2S) PUEDE ACTUAR
COMO AGENTE REDUCTOR DEL Cu2O, LO QUE EXPLICA LA
PRODUCCION DE COBRE POR OXIDACION SELECTIVA DEL
AZUFRE CONTENIDO EN UNA MATA O METAL BLANCO.
(REACCION 2)
LOS ASPECTOS TERMICOS SON DE GRAN INTERES YA QUE LAS
REACCIONES QUE OCURREN DURANTE LA FUSION Y LA
CONVERSION SON EXOTERMICAS. EL PODER CALORIFICO DE
UN CONCENTRADO DE CALCOPIRITA SE PUEDE ESTIMAR EN
925 KCAL/KG, QUE ES BAJO EN COMPARACION AL CARBON
(7000 KCAL/KG) O PETROLEO (10000 KCAL/KG). SIN EMBARGO,
ES SUFICIENTE COMO APORTE PARCIAL O TOTAL DE LA
ENERGIA REQUERIDA. (UN CONCENTRADO TIPICO REQUIRE
DEL ORDEN DE 400 KCAL/KG PARA FUSION).
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DESARROLLO Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
REACCIONES FUNDAMENTALES A 1500ºK ΔHº ΔGº Keq
kcal/mol kcal/mol
(1) FeS (l) + Cu2O (l) = Cu2S (l) + FeO (l) -32,98 -31,71 41800
(2) Cu2S(l) + 2Cu2O(l) = 6Cu(l) + SO2 (g) -7,27 -12,88 75,3
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
FUNDAMENTOS CONCEPTUALES
Combustión Azufre pirítico:
CuFeS2 + 0,5 02 = CuS0,5 + FeS + 0,5 S02
Conversión:
(a) FeS + 1,5 02 = Fe0 + S02
1/3 Fe0 + 1/18 02 = 1/9 Fe3 04
2/3 Fe0 + 1/3 Si02 = 1/3 (2Fe0 . Si02)
(b) CuS0,5 + 0,5 02 = Cu + 0,5 S02
- 22.475 120
-115.000 565
- 8.093 40
-10.000 50
-30.625 150
Hº Poder Calorífico
(cal/mol) (kcal/kg conc.)
REACCIONES QUE EXPERIMENTA UN CONCENTRADO DE 90% CALCOPIRITA
TOTAL: 925
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE PROCESOS
CuFeS2 (s)
Cu2S (s)
CuS (s)
Cu5FeS4 (s)
FeS2 (s)
Ganga (s)
Cu2S (s)
FeS (s)
Ganga (s)
S2 (g)
DESCOMPOSICIÓN PIRITICA DELCONCENTRADO SULFUROS.
Concentrado sulfuros Fases producto
descomposición pirítica
Proceso Autógeno de Fundición
FeS
H2O
SiO2 Al2O3
Cu2S
CONCENTRADO
CuS
2FeO * SiO2
Fe3O4
ESCORIA
Cu2S
MATA
SO2
O2
N2
GASESH2O
CALOR
AIRE
(O2 , N2)
FUNDENTE
(SiO2 )
OXIGENO
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE PROCESOS
DESCOMPOSICIONES PIRÍTICAS
2 CuFeS2 = Cu2S + 2 FeS + 1/2 S2
2 Cu5FeS4 = 5 Cu2S + 2 FeS + 1/2 S2
2 CuS = Cu2S + 1/2 S2
FeS2 = FeS + 1/2 S2
2 Cu3AsS4 = 3 Cu2S + As2S3 + S2
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
FUSIÓN PRIMARIA (A MATA O EJE)
• EL OBJETIVO DE ESTA ETAPA ES FORMAR UNA FASE DE SULFUROS
LIQUIDOS CONOCIDA COMO EJE O MATA Y UNA FASE OXIDOS AL
ESTADO LIQUIDO, CONOCIDA COMO ESCORIA, EN LO POSIBLE
EXENTA DEL METAL DE INTERES.
• PARA PRODUCIR ESTAS FASES LIQUIDAS, SE FUNDE LA CARGA EN
HORNOS DE FUSION A UNA TEMPERATURA DEL ORDEN DE 1250ºC.
EN EL CASO DEL NEGOCIO DEL COBRE, ES NECESARIO EMPLEAR UN
REACTIVO CONOCIDO COMO FUNDENTE, GENERALMENTE SILICE
(SiO2). ESTA SILICE, JUNTO A LOS OXIDOS CONTENIDOS EN LA
GANGA DEL CONCENTRADO Y OXIDOS DE FIERRO, FORMAN LA
ESCORIA. POR OTRO LADO, LOS SULFUROS DE COBRE Y LOS
SULFUROS DE FIERRO NO OXIDADOS, JUNTO A LOS METALES
PRECIOSOS, FORMAN LA MATA.
• LA FASE ESCORIA ES VIRTUALMENTE INMISCIBLE CON LA MATA (NO
SE MEZCLA) Y ES MAS LIVIANA DE MODO QUE SOBRENADA EL BAÑO
FUNDIDO, LO QUE PERMITE LA SEPARACION SELECTIVA DE AMBOS
LIQUIDOS. (DIFERENCIA DE PESO ESPECÍFICO PROMEDIO)
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
OBJETIVO PROCESO FUSION DE CONCENTRADOSOBJETIVO PROCESO FUSION DE CONCENTRADOS
Cu2S - FeS
Fe2SiO4 , CaO.SiO2, (Fe3O4) , (Cu2O) , (SiO2)
Escoria: agrupa a los óxidos (de la ganga y fundentes)
Þ COMPUESTOS SIN VALOR O DESCARTABLES
Mata o eje: agrupa a los sulfuros Þ METALES DE VALOR
Concentrados
Fundentes
Gases: agrupa a los gases de combustión y de reacción: SO2
Þ CONTROL DE LA CONTAMINACION AMBIENTAL
• PARA CONCENTRAR LOS SULFUROS DE COBRE MEDIANTE ESTA
SEPARACION DE FASES A ALTA TEMPERATURA, SE REQUIERE QUE
LA ESCORIA PRODUCIDA TENGA UN MINIMO CONTENIDO DEL METAL
DE INTERES (COBRE) POR LAS PERDIDAS QUE ELLO IMPLICA.
• PARA TAL EFECTO, SE MANTIENE UNA SATURACION EN SILICE DEL
BAÑO, QUE PROMUEVE CONDICIONES OPTIMAS PARA LA
SEPARACION DE FASES Y UNA TEMPERATURA SUFICIENTEMENTE
ALTA PARA MANTENER FLUIDA LA ESCORIA.
• LA REACCION GENERAL QUE OCURRE EN LA ETAPA DE FUSION SE
PUEDE EXPRESAR DEL MODO SIGUIENTE:
CONCENTRADO + FUNDENTE + CALOR (1) =
MATA (Cu2S+FeS) + ESCORIA (OXIDOS) +GASES (SO2)
(1) COMBUSTIBLES Y/O REACCIONES EXOTERMICAS.
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
FUSIÓN PRIMARIA (A MATA O EJE)
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE PROCESOS
MECANISMO DE FUSIÓN DE CONCENTRADO ENMECANISMO DE FUSIÓN DE CONCENTRADO EN
PROCESOS “BATH SMELTING”PROCESOS “BATH SMELTING”
CuFeS2
Cu2S-FeS Cu
2S-FeS
Solid Cu2S-FeS
Cu2S-FeS
Cu2S-FeSCu
2S-FeS
SiO2
SiO2
SiO2
CuFeS2
CuFeS2
CuFeS2
Cu2S-FeS
SiO2
SiO2
SiO2
Cu2S-FeS
Solid Cu2S-FeS
(FeS) + 3(Fe3O
4) = 10 FeO + SO
2
I
II
III
IV
V
VI
CONSIDERANDO LAS PERDIDAS EN GASES Y PROPIAS DE LOS
HORNOS SE REQUIRE SUPLEMENTAR UNA FRACCION DEL
CALOR CONSUMIDO. PARA TAL EFECTO SE APLICAN:
A) USO DE COMBUSTIBLE
B) USO DE AIRE ENRIQUECIDO CON OXIGENO.
C) SECADO A MUERTE DEL CONCENTRADO (H2O<0,2%)
D) AUMENTAR LA LEY DE LA MATA PROXIMA A METAL BLANCO.
PRACTICAS TRADICIONALES YA NO SE EMPLEAN COMO:
E) TOSTACION DEL CONCENTRADO
F) USO DE AIRE PRECALENTADO.
LOS PROCESOS AUTOGENOS EMPLEAN DIVERSAS
COMBINACIONES DE LAS ALTERNATIVAS INDICADAS. SIN
EMBARGO, LA UNICA QUE NO PUEDE ESTAR AUSENTE Y ES POR
TANTO LA MAS RELEVANTE, ES EL USO DE AIRE ENRIQUECIDO
EN OXIGENO.
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DESARROLLO Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA
Cu2S
FeS
OXIGENO :
O2
Mata 45% ley de Cu Mata 75% ley de Cu
Cu2S
FeS
FUNDAMENTOS BÁSICOS DE PROCESOS
OXIDACIÓN DE MATAS: INCREMENTO LEY MATA
TECNOLOGIAS DE FUSION: EN LA ACTUALIDAD SOBRE EL 90% DE
LAS FUNDICIONES DEL MUNDO UTILIZAN LA TECNOLOGÍA “FLASH
SMELTING”, PREDOMINANDO EL USO DEL HORNO FLASH
OUTOKUMPU. (FINLANDIA). EXISTEN TAMBIEN APLICACIONES DEL
HORNO FLASH INCO (CANADA). LA DIFERENCIA ES BASICAMENTE
EL USO DE OXIGENO: AIRE ENRIQUECIDO HASTA 60%
OUTOKUMPU; 100% OXIGENO EN EL CASO DEL HORNO INCO.
EL OTRO METODO DE FUSION SE CONOCE COMO “BATH
SMELTING” O FUSION EN EL BAÑO. DESTACAN LA TECNOLOGIA
NORANDA (CANADA) Y LA TECNOLOGIA CHILENA CONVERTIDOR
TENIENTE, CREADO EN LA DIVISION EL TENIENTE DE CODELCO
CHILE EN 1977. OTRAS TECNOLOGIAS SON EL CICLON DE FUSION
CONTOP, (ALEMANIA) EL HORNO ISASMELT (AUSTRALIA) Y LA
TECNOOGIA VANYUKOV (URSS). COMO TECNOLOGIA DE
OBTENCION DIRECTA DE COBRE VIA PIROMETALURGICA DESDE
CONCENTRADOS SULFURADOS DE COBRE ESTÁ EL PROCESO
MITSUBISHI. (JAPON).
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
TECNOLOGÍAS EN OPERACIÓN COMERCIAL
TECNOLOGIAS DE CONVERSION: EL CONVERTIDOR PEIRCE-
SMITH DOMINA AMPLIAMENTE EL MERCADO DE FUNDICIONES.
EXISTEN ALGUNAS APLICACIONES DE LOS CONVERTIDORES
HOBOKEN. EN LA ACTUALIDAD LA TENDENCIA ES DERIVAR HACIA
TECNOLOGIAS DE CONVERSION CONTINUA, SIENDO LA
APLICACIÓN INDUSTRIAL MAS DESTACADA EL PROCESO
KENNECOTT-OUTOKUMPU DE FUSION FLASH Y CONVERSION
FLASH, EN UTAH, EEUU.
TECNOLOGIAS DE LIMPIEZA DE ESCORIAS: LA GRAN MAYORIA DE
LOS HORNOS FLASH TRABAJAN CON HORNOS ELECTRICOS PARA
LIMPIEZA DE ESCORIAS Y TAMBIEN PLANTAS DE FLOTACION DE
ESCORIAS. EN CHILE SE USA EN ALGUNAS FUNDICIONES EL
HORNO HLE, TAMBIEN DESARROLLADO POR LA DIVISION EL
TENIENTE DE CODELCO CHILE.
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
TECNOLOGÍAS EN OPERACIÓN COMERCIAL
TECNOLOGIAS DE REFINO A FUEGO: EL HORNO DE ANODOS ES
EL REACTOR MAS UTILIZADO. SE ALIMENTA CON COBRE BLISTER
LIQUIDO Y SU FUNCION ES ELIMINAR EL AZUFRE RESIDUAL Y EL
OXIGENO DISUELTO.
EL PRODUCTO ES COBRE REFINADO A FUEGO DE 99,7%, QUE ES
MOLDEADO EN RUEDAS DE MOLDEO EN FORMA DE ANODO DE
COBRE PARA REFINACION ELECTROLITICA.
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
TECNOLOGÍAS EN OPERACIÓN COMERCIAL
EL CONVERTIDOR TENIENTE CORRESPONDE AL TIPO DE PROCESO DE
FUSIÓN EN EL BAÑO O BATH SMELTING. EL CT ES UN REACTOR
CILINDRICO METÁLICO HORIZONTAL, CON SU INTERIOR RECUBIERTO
CON LADRILLOS REFRACTARIOS PARA SOPORTAR LAS TEMPERATURAS
DEL ORDEN DE 1250ºC QUE DESARROLLA EL PROCESO. EL
CONCENTRADO SECO (0,2%H2O) ES CARGADO (INYECTADO)
CONTINUAMENTE POR TOBERAS, QUE SON TUBOS QUE ESTÁN
INSTALADOS EN LA PARTE POSTERIOR DEL EQUIPO.
PARA DESARROLLAR EL PROCESO DE FUSIÓN, SE REQUIERE
INSUFLAR AIRE A PRESIÓN ENRIQUECIDO CON OXÍGENO A TRAVÉS DE
UNA SERIE DE TOBERAS QUE ESTAN DISTRIBUIDAS A LO LARGO DEL
REACTOR. EL BAÑO ESTÁ CONFORMADO POR UN METAL QUE POR LO
GENERAL TIENE UNA LEY DE 73% A 75% DE COBRE.
LA REACCIÓN DE OXIDACIÓN DEL HIERRO Y EL AZUFRE CONTENIDOS
EN EL METAL Y CONCENTRADO CON AIRE GENERA EL CALOR
NECESARIO PARA LA FUSIÓN DE LA CARGA SÓLIDA INYECTADA AL
PROCESO. EL PROCESO ES COMPLETAMENTE AUTOGENO Y REQUIERE
ALGO DE COMBUSTIBLE SI LA MEZCLA TRATADA NO TIENE LA
COMPOSICIÓN APROPIADA PARA ESTE PROPÓSITO.
TECNOLOGÍAS DE FUSIÓN
TECNOLOGÍA CONVERTIDOR TENIENTE
POR LA MAYOR CONDICIÓN OXIDANTE DEL PROCESO, EL HIERRO SE
OXIDA PARCIALMENTE A MAGNETITA (FE3O4) QUE POR SU ALTO PUNTO
DE FUSIÓN SE MANTIENE EN UN ESTADO DE FUSIÓN PARCIAL EN LA
ESCORIA. ESTO ORIGINA UN INCREMENTO DE LA VISCOSIDAD DE LA
ESCORIA Y UNA DIFICULTAD EN LA SEPARACIÓN DE FASES,
RESULTANDO EN ESCORIAS DE MAYOR LEY DE COBRE (5,0 A 10%) QUE
DEBEN SER TRATADAS EN UNA ETAPA DE LIMPIEZA POSTERIOR.
EL AZUFRE SE OXIDA A SO2. DADO EL IMPORTANTE GRADO DE
ENRIQUECIMIENTO DE OXÍGENO DEL PROCESO (34-38%) LOS GASES
TIENEN LA CONCENTRACIÓN ADECUADA (10% O MÁS) PARA PERMITIR
EL PROCESAMIENTO DE LA TOTALIDAD DE LOS GASES DE LA
FUNDICIÓN EN UNA PLANTA DE ACIDO Y BAJO CONDICIONES DE PLENO
CUMPLIMIENTO A LAS NORMATIVAS AMBIENTALES VIGENTES.
EL METAL BLANCO PRODUCIDO SE ENVÍA A CONVERSIÓN.
GRANDES FORTALEZAS DEL PROCESO SON SU BAJA INVERSIÓN,
BAJOS COSTOS DE OPERACIÓN, EXCELENTE CAPACIDAD PARA
ELIMINAR IMPUREZAS VOLÁTILES Y BAJO ARRSTRE DE POLVO EN LOS
GASES.
TECNOLOGÍAS DE FUSIÓN
TECNOLOGÍA CONVERTIDOR TENIENTE
TECNOLOGÍAS DE FUSIÓN
AIR(O2)
( ) 2432gas22 SOx5
1y
5
3OFex
10
1y
5
1FeSy
5
3x
10
13SCu
2
xOyCuFeSx ÷
ø
öçè
æ-+÷
ø
öçè
æ-+÷
ø
öçè
æ-+Þ+
222 S2
1FeS2SCuCuFeS2 ++Þ
2245 S2
1FeS2SCu5FeSCu2 ++Þ
22 S2
1SCuCuS2 +Þ
2432 SO3OFeO5FeS3 +Þ+
22 SOFeOO2
3FeS +Þ+
243 SOFeO10OFe3FeS6 +Û+
CONCENTRATE
(AIR)
FUNDAMENTOS DEL CONVERTIDOR TENIENTEFUNDAMENTOS DEL CONVERTIDOR TENIENTE
422 SiOFeSiOFeO2 Þ+
2222 SOOCuO2
3SCu +Þ+
FeOSCuFeSOCu 22 +Û+
FUSION FLASH: POR LA GRANULOMETRIA FINA DE LOS
CONCENTRADOS DE COBRE, RESULTA LOGICO FUNDIRLOS EN
SUSPENSION, ACELERANDO LAS REACCIONES SOLIDO-GAS Y DE
TRANSFERENCIA DE CALOR. PARTE DE LAS REACCIONES DE
CONVERSION SE EFECTUAN JUNTO CON LA FUSION, APORTANDO
CALOR. LA FUSION FLASH SE BASA EN SUSPENDER Y FUNDIR EL
CONCENTRADO SECO EN UN FLUJO VERTICAL DE AIRE ENRIQUECIDO
CON OXIGENO, DONDE SE GENERA LA COMBUSTION.
EL PROCESO ES COMPLETAMENTE AUTOGENO. SOLO PARCIALMENTE
SE REQUIERE ALGO DE COMBUSTIBLE PARA MANTENER
TEMPERATURAS DE LIQUIDO. LA REACCION DE FUSION SE PRODUCE
EN LA TORRE DE REACCION. LA SEPARACION DE FASES SE PRODUCE
EN EL SETTLER, DONDE SE SEPARA UNA ESCORIA CON 2 A 3% DE
COBRE Y UNA MATA DE 60% A 65% DE LEY DE COBRE. LA ESCORIA
REQUIERE REPROCESO PARA RECUPERAR EL COBRE ARRASTRADO.
LA MATA SE ENVIA A LA ETAPA DE CONVERSION.
TECNOLOGÍAS DE FUSIÓN
TECNOLOGÍA DE FUSIÓN FLASH OUTOKUMPU
LA GRAN VENTAJA DEL PROCESO FLASH ES SU BAJO CONSUMO DE
COMBUSTIBLE Y LA ALTA CONCENTRACION DE SO2 EN LOS GASES,
QUE PERMITE OPERAR CON GRAN FLEXILIDAD LAS PLANTAS DE
ACIDO. LAS MAYORES DESVENTAJAS SON LA ALTA LEY DE LAS
ESCORIAS, QUE OBLIGAN A ETAPAS ESPECIALES DE LIMPIEZA Y EL
ELEVADO ARRASTRE DE POLVO A LOS GASES, QUE PUEDE LLEGAR
HASTA UN 10%. OTRA DESVENTAJA ES SU LIMITADA ELIMINACION DE
IMPUREZAS QUE IMPLICA RESTRICCIONES PARA EL TIPO DE
CONCENTRADO A PROCESAR.
OTRA VENTAJA QUE GRADUALMENTE HA IDO ADQUIRIENDO
IMPORTANCIA ES LA CAPACIDAD PARA RECUPERAR CALOR EXTRAIDO
EN LOS GASES MEDIANTE CALDERAS RECUPERADORAS DE CALOR. EL
VAPOR PRODUCIDO EN LA CALDERA SE PUEDE USAR PARA SECADO
DE CONCENTRADO, REDUCIENDO DRASTICAMENTE EL CONSUMO DE
ENERGIA DEL PROCESO GLOBAL..
TECNOLOGÍAS DE FUSIÓN
TECNOLOGÍA DE FUSIÓN FLASH OUTOKUMPU
LA CONVERSION DE COBRE CONSISTE EN LA OXIDACION CON AIRE
DE LA MATA LIQUIDA PROCEDENTE DE LA FUSION. SE ELIMINA EL
RESTO DEL FIERRO Y EL AZUFRE, RESULTANDO EN LA PRODUCCION
DE COBRE BLISTER DE 97% DE COBRE.
EL PROCESO SE REALIZA EN LOS CONVERTIDORES PEIRCE-SMITH,
QUE SON REACTORES CILINDRICOS HORIZONTALES, CON
REFRACTARIOS BASICOS. LOS GASES DE PROCESO SON CAPTADOS
Y CONDUCIDOS A PLANTAS DE ACIDO.
LA MATA O CARGA LIQUIDA (TAMBIEN PUEDE SER METAL BLANCO DE
UN CONVERTIDOR TENIENTE) SE CARGA A TRAVES DE UNA BOCA
CENTRAL Y EL AIRE ES INSUFLADO A TRAVES DE UNA LINEA DE
TOBERAS UBICADAS DETRÁS Y A LO LARGO DEL REACTOR. LAS
DIMENSIONES ESTANDAR SON 4m Ø x 9m L. LAS REACCIONES DE
OXIDACION PERMITEN QUE EL PROCESO SEA AUTOGENO.
TECNOLOGÍAS DE CONVERSIÓN
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Fe2SiO4 Fe3O4 Cu2O
Cu2S-FeS
C + CO2 = 2 CO
Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2
Cu2O + CO = 2 Cu + CO2
Fe3O4 + 2 Cu = 3 FeO + Cu2O
FeO + CO = Fe + CO2
Fe3O4 + Fe = 4 FeO
Cu2O + Fe = 2 Cu + FeO
3 Fe3O4 + FeS = 10 FeO + SO2
Electrodes
Coke
Gas
Matte
Matte
Prills
Slag
LIMPIEZAS DE ESCORIAS DE FUSIÓN
FUNDAMENTOS DEL PROCESO HORNO ELECTRICO
EL PROCESO CLASICO SE REALIZA EN DOS ETAPA:
1) ETAPA DE SOPLADO A ESCORIA. CONSISTE EN LA OXIDACION
TOTAL DEL FIERRO. ES IMPORTANTE CUANDO LA LEY DE LA MATA ES
60% A 65% DE COBRE. AL TERMINO DE ESTA ETAPA SE RETIRA LA
ESCORIA GENERADA.
2) ETAPA DE SOPLADO A COBRE. PROCEDE SOLO SI EL FIERRO ES
INFERIOR A 1%. CONSISTE EN EL SOPLADO DEL METAL BLANCO (MATA
EXCLUSIVAMENTE CU2S, LEY 78%) A COBRE.
AL FIN DEL PROCESO, EL COBRE CONTIENE 0,02% A 0,1% DE AZUFRE
Y CONCENTRACIONES DE 0,1% A 0,5% DE OXIGENO. LOS GASES QUE
BURBUJEAN DAN EL NOMBRE DE COBRE EFERVESCENTE.
(BLISTER=“AMPOLLOSO”).
TECNOLOGÍAS DE CONVERSIÓN
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
TECNOLOGÍAS DE CONVERSIÓN
FUNDAMENTOS DE LA CONVERSIÓN
SiO2
AIRE (O2)
2432 SO3OFeO5FeS3 +Þ+
22 SOFeOO2
3FeS +Þ+
422 SiOFeSiOFeO2 Þ+
2222 SOOCuO2
3SCu +Þ+
222 SOCu2OSCu +Þ+
222 SOCu6OCu2SCu +Þ+
Fe2SiO4 , (Fe3O4) , (Cu2O)
Cu2S-FeS
Etapa formación de escoriaEtapa formación de escoria
Etapa formación de cobreEtapa formación de cobre
Conversión de MatasConversión de Matas
PRACTICAMENTE TODO EL COBRE BLISTER PRODUCIDO EN
CONVERSION ES REFINADO POSTERIORMENTE POR METODOS
ELECTROQUIMICOS PARA OBTENER UNA PUREZA DE 99,99% DE
COBRE. SIN EMBARGO, LOS PROCESOS DE ELECTROREFINACION
REQUIREN DE ANODOS DE ASPECTO FISICO APROPIADO, CON GRAN
RESISTENCIA MECANICA, PLANOS Y DELGADOS PARA SER INSTALADOS
EN LAS CELDAS DE REFINACION. ESTAS CARACTERISTICAS NO ES
POSIBLE LOGRARLAS MEDIANTE MOLDEO DIRECTO DEL COBRE
BLISTER.
EL AZUFRE Y OXIGENO RESIDUAL FORMAN GRANDES BURBUJAS DE
SO2 DURANTE LA SOLIDIFICACION DEL COBRE, QUE CONTRIBUYEN A
DEBILITAR EL ANODO Y FORMAR SUPERFICIES RUGOSAS Y DE
ESPESOR IRREGULAR, LO QUE OBLIGA A SU REMOCION PREVIA A
MOLDEO. LA ELIMINACION DE ESTOS ELEMENTOS SE CONOCE COMO
PIROREFINACION O REFINACION A FUEGO. ESTE PROCESO SE
DESARROLLA EN ETAPAS SUCESIVAS DE ELIMINACION DE AZUFRE,
INSUFLANDO AIRE AL COBRE Y LUEGO INYECTANDO UN REDUCTOR
(HIDROCARBURO) PARA ELIMINAR EL EXCESO DE OXIGENO.
TECNOLOGÍAS DE REFINO A FUEGO
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
LA OPERACIÓN SE REALIZA GENERALEMENTE EN UN REACTOR
PARECIDO A UN CONVERTIDOR (CILINDRICO, HORIZONTAL, REVESTIDO
CON REFRACTARIOS) AUNQUE DE MENOR TAMAÑO Y CON ESCASAS
TOBERAS QUE PERMITEN FLUJOS BAJOS DE AIRE Y REDUCTOR.
ALGUNAS IMPUREZAS COMO ARSENICO, ANTIMONIO, BISMUTO, ENTRE
OTRAS SE ESCORIFICAN PARCIALMENTE EN ESTE PROCESO. (PARA
TAL EFECTO SE PUEDEN EMPLEAR FUNDENTES APROPIADOS COMO
N2O, CAO, CACO3, NA2CO3). EL ORO, LA PLATA Y EN GENERAL LOS
METALES PRECIOSOS FORMAN PARTE DEL ANODO.
LAS REACCIONES PRINCIPALES SON:
A) OXIDACION: S (200PPM) + O2 (AIRE) = SO2 (GAS) +S (20PPM) + O
(7.000PPM)
B) REDUCCION: O (7000PPM) + CHn (GAS) = CO (GAS) + H2O (GAS) + O
(1.000PPM)
TECNOLOGÍAS DE REFINO A FUEGO
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
LOS ANODOS SE MOLDEAN EN MOLDES DE COBRE ABIERTO EN UNA
RUEDA GIRATORIA DE GRAN TAMAÑO. LA RUEDA ROTA PARA QUE EL
MOLDE SE UBIQUE BAJO LA POSICION DE VACIADO DEL CHORRO
DE COBRE REFINADO. EL DERRAME DE COBRE ENTRE MOLDES SE
EVITA MEDIATE CUCHARAS BASCULANTES QUE PUEDEN
INTERRUMPIR EL CHORRO.
LAS RUEDAS DE MOLDEO TIENEN ENTRE DE 20 A 30 MOLDES POR
RUEDA, CON UNA CAPACIDAD DE MOLDEO ENTRE 25 A 50 T/H POR
RUEDA SEGÚN LOS DIFERENTES DISEÑOS DISPONIBLES.
LOS ANODOS SON ENFRIADOS GRADUALMENTE CON AGUA
ATOMIZADA DURANTE LA ROTACIÓN DE LA RUEDA. AL FINAL DEL
GIRO Y UNA VEZ RETIRADOS DE LA RUEDA, LOS ÁNODOS SE
SUMERGEN UN ESTANQUE DE AGUA PARA FINALIZAR SU
ENFRIAMIENTO.
LOS ANODOS ESTÁN FORMADOS POR CUERPO Y OREJAS. TIENEN
UN PESO EN EL RANGO DE 250KG A 400KG, Y POR LO GENERAL UN
ÁREA SUPERFICIAL DE 1m2, DE MODO QUE EL ESPESOR ES
VARIABLE.
TECNOLOGÍAS DE FUSIÓN
TECNOLOGÍA DE REFINO A FUEGO
TECNOLOGÍAS DE REFINO A FUEGO
FUNDAMENTOS DEL PROCESO
REDUCCIÓNREDUCCIÓN
AIR
OIL
CCnnHHm (Oil)m (Oil) = n C = n C (Powder)(Powder) + m/2 H + m/2 H2 (Gas)2 (Gas)
CuCu22O O (Copper)(Copper) + H + H2 (Gas)2 (Gas) = 2Cu = 2Cu (Copper)(Copper) + H + H2 2 OO(Gas)(Gas)
CuCu22O O (Copper)(Copper) + C + C (Powder) (Powder) = 2Cu = 2Cu (Copper)(Copper) + CO + CO(Gas)(Gas)
2 C2 C (Powder) (Powder) + O + O22 (Blast)(Blast) = 2 CO = 2 CO (Gas)(Gas)
CuCu22O O (Copper)(Copper) + CO + CO (Gas) (Gas) = 2Cu = 2Cu (Copper)(Copper) + CO + CO2 (Gas)2 (Gas)
FUNDAMENTOS DE REFINO A FUEGOFUNDAMENTOS DE REFINO A FUEGO
OXIDACIÓNOXIDACIÓN
SS (copper) (copper) + O + O22 (Blast)(Blast) = SO = SO22 (Gas)(Gas)
EN EL MERCADO INTERNACIONAL SE TRANSAN LOS SERVICIOS DE
FUNDICION Y REFINACION DE CONCENTRADOS. LOS CARGOS DE
TRATAMIENTO (“TC” = TREATMENT CHARGE) REPRESENTAN LO QUE
LAS FUNDICIONES ESTÁN DISPUESTAS A PAGAR PARA PROCESAR 1
TMS DE CONCENTRADO Y TRANSFORMAR EL COBRE CONTENIDO
EN ÁNODO DE COBRE. LOS “TC” SE EXPRESAN EN US$/TMS.
SE COMPLEMENTA CON EL CARGO DE REFINACIÓN (“RC” = REFINING
CHARGE),QUE REPRESENTAN LO QUE LAS REFINERÍAS ESTÁN
DISPUESTAS A PAGAR PARA REFINAR ELECTROLÍTICAMENTE EL
ANODO DE COBRE EN CÁTODO DE COBRE. SE EXPRESAN EN US¢/lb.
LOS TC Y RC SON VARIABLES EN FUNCION DE LA OFERTA MUNDIAL
DE CONCENTRADOS. VALORES DE REFERENCIA SON 80 US$/TMS Y 8
US¢/lb.
EN BASE A LA LEY DEL CONCENTRADO Y LA RECUPERACIÓN DE
FUNDICIÓN, LOS TC Y RC SE PUEDEN EXPRESAR COMO CARGO
COMBINADO EXPRESADOS EXCLUSIVAMENTE EN UNIDADES DE
US¢/lb. ESTO PERMITE FIJAR EL PRECIO DE MINERALES Y
CONCENTRADOS REFERIDOS AL PRECIO DEL COBRE LME.
TECNOLOGÍAS DE FUNDICIÓN
CARGOS DE TRATAMIENTO
EVOLUCIÓN DEL PRECIO DEL COBRE Y TC/RC
70
80
90
100
110
120
130
140
150
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Co
pp
er
Pri
ce
(c/l
b)
10
15
20
25
30
TC
/RC
(c/l
b)
Cu Price [c/lb] Yearly TC/RC
LOS CONTRATOS DE TRATAMIENTO DE CONCENTRADOS, INCLUYEN
ADEMÁS LOS CONCEPTOS DE DEDUCCIONES METALÚRGICAS
(PÉRDIDAS) Y PENALIDADES POR IMPUREZAS.
LOS COSTOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE FUNDICIÓN HAN DISMINUÍDO
NOTABLEMENTE EN LOS ÚLTIMOS 30 AÑOS COMO CONSECUENCIA
DE LA MEJOR EFICIENCIA ENERGETICAS DE LAS OPERACIONES. SIN
EMBARGO, LA OBLIGACIÓN POR CONTROLAR EL IMPACTO
AMBIENTAL, IMPLICA UN MAYOR COSTO DE TRATAMIENTO.
DE TAL FORMA, EN LA ACTUALIDAD, LAS TECNOLOGIAS DE
FUNDICION TIENEN COSTOS DE PROCESO QUE ESTAN EN EL RANGO
DE 8 A 15 US¢/lb, DESDE SECADO A ANODO, INCLUYENDO PLANTA DE
ACIDO. (EQUIVALENTES A 50 US$/TMS A 100 US$/TMS)
LA ESTRATEGIA PARA MANTENER COMPETITIVIDAD SE SUSTENTA EN
OPERAR CON COSTOS DE TRATAMIENTO CLARAMENTE MENORES
QUE LOS TC, TENER RECUPERACIONES QUE COMPENSEN
AMPLIAMENTE LAS DEDUCCIONES METALÚRGICAS Y DISPONER DE
TECNOLOGÍAS PARA PROCESAR CONCENTRADOS IMPUROS, YA QUE
PERMITE INCREMENTAR LOS INGRESOS.
TECNOLOGÍAS DE FUNDICIÓN
COSTOS DE TRATAMIENTO
ENTRADAS:
Concentrado
Chatarra
Scrap
Circulantes
Fundentes
SALIDAS:
Anodos
Acido sulfúrico
Escorias
Polvos
RILES
RISES
PROCESOS
PRINCIPALES
SUMINISTROS
Y SERVICIOS
FUNCIONES DE
SOPORTE
CONCEPTO UNIDAD DE NEGOCIO FUNDICION
FACTORES CLAVES EN LA GESTION DEL NEGOCIO FUNDICION:
• Costo de transformación concentrado a ánodo v/s TC/RC
• Recuperación Metalúrgica v/s deducciones de mercado
FUNDICIONES DE COBRE EN CHILE CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO Y PRODUCCIÓN
Fundición Operador Propietario Producción
Cobre
ktf/año
Capacidad
Fusión
kts/año
Producción
Acido
kt/año
Chuquicamata CODELCO Estado de
Chile460 1.500 1.300
Altonorte Falcondbridge XTRATA 250 850 800
Potrerillos CODELCO Estado de
Chile195 700 520
Paipote ENAMI Estado de
Chile90 330 300
Chagres Surandes Angloamerican 160 600 450
Ventanas CODELCO Estado de
Chile120 440 350
Caletones CODELCO Estado de
Chile410 1.350 1.050
Total 1.665 5.770 4.770
TECNOLOGÍAS PIROMETALÚRGICAS
DIAGRAMA DE PROCESOS FUNDICIÓN MODERNA
concentrado
SECADO
a botadero LIMPIEZA DE escoria FUSION gases ENFRIAMIENTO LIMPIEZA
ESCORIAS DE GASES DE GASES PLANTA DE acido
eje/conc polvos ACIDO
CONVERSION gases ENFRIAMIENTO LIMPIEZA RILES
DE GASES DE GASES
REFINO A polvos
FUEGO
anodos
• SECADO A MUERTE DEL CONCENTRADO Y ELEVADO USO OXÍGENO
• CAPTACIÓN TOTAL DE AZUFRE > 90%
• ALTA EFICIENCIA EN LIMPIEZA DE ESCORIAS
• TRATAMIENTO DE RILES Y RISES. RECUPERACIÓN SUBPRODUCTOS
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