clase4.pirometalurgia

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


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


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



Crisis del petróleo

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.



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.



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).



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


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


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


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


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)


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.


FUSIÓN PRIMARIA (A MATA O EJE)



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.



Cu2S

FeS

OXIGENO :

O2

Mata 45% ley de Cu Mata 75% ley de Cu

Cu2S

FeS


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 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.



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.



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.




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.


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..


TECNOLOGÍA DE FUSIÓN FLASH OUTOKUMPU


ESQUEMA DE UN HORNO FLASH

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”).




ESQUEMA CONVERTIDOR PEIRCE-SMITH


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


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)



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.


TECNOLOGÍA 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)


MOLDEO DE ANODOS

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


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

FUNDICION MODERNA FSF & FCF

Mejillones Copper Smelter &Refinery Project

clase4.pirometalurgia

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