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ConversiónConversión
CPS
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Conversión de Matas de CobreConversión de Matas de Cobre
Mata de Fusión contiene Cu, Fe y S con un 3% de O disueltoMata contiene, As, Bi, Ni, Pb, Sb, Zn y metales preciososLa Mata fundida a 1100ºC es cargada a los convertidores para “convertirla” a Cu blisterOxidación del Cu2S + FeS a Cu 99%, con Aire (o Aire $)CPS sopla por toberas sumergidas
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Materias PrimasMaterias Primas
Mata (Cu2S + FeS)
Aire $
Fundente silíceo Materiales ricos en CuMata recirculada “reverts”Chatarra de Cobre (Scrap)
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ProductosProductos
Cobre Blister a PirorefinaciónEscoria de Hierro Silicato que se envía a recuperación de CuGases ricos en SO2
EL CALOR PARA CONVERSION ES SUMINISTRADO ENTERAMENTE POR OXIDACION DE Fe Y S, ES DECIR, EL PROCESO ES AUTOTERMICO
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ComposicionesComposiciones
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Química del ProcesoQuímica del Proceso
Reacción GlobalCu2S+FeS+O2+SiO2=2FeOSiO2+Fe3O4+SO2
Formación de EscoriaFeS+3/2O2 = FeO+ SO2 ∆Hº=-0.51 MJ/mol3FeS+5O2 = Fe3O4 + 3SO2
Soplado a CobreCu2S+3/2O2=Cu2O+SO2 ∆Gº=-0.23 MJ/molCu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 ∆Gº=-0.05 MJ/molCu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Gº=-0.02 MJ/molCu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Hº=-0.22 MJ/mol
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Etapas del ProcesoEtapas del Proceso
La conversión ocurre en dos etapas química y físicamente distintasAmbas etapas involucran el soplado de aire dentro de la fase fundida
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Etapa de Formación de EscoriaEtapa de Formación de Escoria
FeS es oxidado a FeO, Fe3O4 y SO2(g)
Punto Fusión FeO es 1385ºCPunto Fusión Fe3O4 es 1597ºCSe agrega SiO2 para que se combine con el FeO que junto con Fe3O4 forman la escoria líquidaFin de la etapa ocurre cuando FeS en mata es < %Escoria fayalítica 2FeOSiO2 saturada con Fe3O4 es vaciada varias vecesEl producto principal de esta etapa es “Metal Blanco”, Cu2S liquido impuro
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Etapa de Formación de CobreEtapa de Formación de Cobre
El S remanente es oxidado a SO2
El Cu no es oxidado apreciablemente por el aire hasta que esta prácticamente libre de SEl Cu blister producto de la Conversión es bajo tanto en S como en O0.02 % - 0.1 % S, 200 – 1000 ppm0.5 % a 0.8 % O, 5000 a 8000 ppm
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OperaciónOperación
La mata se agrega al convertidor en 2 o más etapasCada etapa es seguida por la oxidación de la mayoría del FeS de la cargaLa escoria resultante se descarga después de cada etapa de oxidación, seguido de una nueva carga de mataSe agrega mata nueva hasta que el nivel de MB sea el adecuado para la etapa de soplado a cobreEl Cu2S es soplado a Cu BlisterLa etapa de soplado a Cu finaliza cuando comienza a aparecer oxido de Cu
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TermodinámicaTermodinámicaEl soplado de aire dentro de la mata fundida resulta en una oxidación preferencial del FeS a FeO y Fe3O4
Cualquier Cu2O que se forme será resulfurizado a Cu2s por la reacciónFeS(l) + Cu2O(l,e) = FeO(l,esc) + Cu2S(l)
Gº1200ºC = -30 kcal/mol FeSK = aFeO aCu2S/aFeS aCu2O = 104
Esto es FeS sulfidizara al Cu2O casi completoCuando FeS es removido durante la etapa aFeS disminuye y existe una tendencia a una alta aCu2O (o concentración) en las escoriasSi se forma Cu idemFeS(l) + 2Cu (l) +1/2O2 = FeO(l,esc) + Cu2S(l)
Gº1200ºC = -43 kcal/mol FeS
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Formación de MagnetitaFormación de Magnetita
Ante la oxidación del FeS el oxido estable es Fe3O4.Aunque el Fe3O4 es deseable para proteger refractario su exceso lleva a una escoria viscosa y atrapamiento de CuLa tendencia a formación o reducción de Fe3O4 esta dada por3Fe3O4 + FeS(l,m) = 10FeO(l,e) + SO2(g)
Gº = 162000 – 92.1T, K1200ºC = 10-4
La formación de Fe3O4 disminuye disolviendo el FeO en una escoria 2FeOSiO2 lo cual disminuye aFeO y desplaza la R.Q. a la derecha
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Prevención de MagnetitaPrevención de Magnetita
Para prevenir Fe3O4 sólida:aFeO debe disminuir a 0.6aFeS = 0.5 y pSO2 = 0.1 “fijos”.Esto se alcanza con una escoria que contiene 20-30 SiO2 y 70-80% FeOLa formación se vuelve severa hacia el final de la etapa, pues existe poco FeSLa escoria final contiene 10-20% de su peso como Fe3O4 sólidaLa mejor practica de conversión es mantener FeS hasta la ultima etapa de soplado a escoriaUna alta temperatura es favorable por:
1. SiO2 y FeO se combinan mejor2. Aumenta solubilidad3. Reacción se desplaza a la derecha
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Operaciones IndustrialesOperaciones Industriales
CPS: 4 m D x 9-11 m LCoraza Acero 5 cm + ½ m Ladrillo300-600 tpd mata producen 100-400Flujo de Aire $ (29%) 600 Nm3/min50-60 toberas de 4-6 cm D (Gaspé)10-15 Nm3/min/tobera a 80-120 m/s, a mayor salpicadurasSoplado a Escoria 6% SO2 y;
Soplado a Cobre 8% SO2
Tratamiento de Gases idem CT
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Control de la TemperaturaControl de la Temperatura
FeS+3/2O2=FeO+SO2 ∆Hº=-0.51 MJ/molCu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Hº=-0.22 MJ/molAumentando o disminuyendo $ O2
Aumentando o disminuyendo la tasa de soplado alterando la tasa de oxidación de Fe y S.Ajustando adición “revert” y chatarraTº mata in = 1150ºCEscoria vaciada = 1120ºCCu Blister final = 1200ºC Obj: Rápida formación Esc y fluida
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Medición TemperaturaMedición Temperatura
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Control Escoria y Fundente
Licuar FeO (1385ºC) y Fe3O4 (1597ºC) formados con SiO2 (cuarzo)
%SiO2Esc/%FeEsc = ½
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Tasa Formación de EscoriaTasa Formación de Escoria
Fundente se agrega por boca o “gar gun”Se agrega “a la par” formación FeOTamaño fundente es 1 a 5 cm de D
1.Alta temperatura de operación2.Alimentación estable de SiO2 pequeña y lisa3.Tobera sumergida en la mata (no escoria =
sobreoxidación)4.Fuerte mezclamiento en CPS5.Fundente reactivo (alto % cuarzo Hexag y
no Tridimita Ortorrómbico)
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$ O2 en soplado CPS$ O2 en soplado CPS
Soplado fijo tasa oxidación aumentaAumenta concentración SO2
Disminuye N2 “refrigerante”, implica1.Mayores Tº`s aun para matas de alta
ley (bajo FeS)2.Rápido calentamiento CPS y sus
contenidos3.Fundir “refrigerantes” de valor,
scrap, reverts ricos en Cu4.(-) erosión punta tobera (29%)
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Productividad (tpd Cu)Productividad (tpd Cu)
Los principales factores que determinan la tasa de producción son
1.Ley del eje2.Tasa de soplado
La cantidad de aire requerido disminuye al aumentar la ley del eje
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Maximizar Productividad (tpd Cu)Maximizar Productividad (tpd Cu)
Cargar eje de alta ley (bajo FeS)Soplar a máxima tasa (limpia tobera)$ O2 tanto como sea posible
Maximizar eficiencia utilización O2 (sumergir tobera tanto como sea posible (aumenta TR), menos N2 y más O2)
Maximizar campaña CPS
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Fusión de ConcentradosFusión de Concentrados
Inyección de concentrado seco por toberas
1.Aumenta capacidad fundición sin mayor inversión o agrandar hornos
2.Alarga el soplado y aumenta la remoción de Bi y Sb
3.Se genera SO2 del concentrado que se perdería en fusión (HR, He)
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Maximizar Campaña CPSMaximizar Campaña CPS
15000 a 50000 de campañaReemplazo refractario toberas (2 semanas)
1.Mejores Refractarios2.Alimentar Mata de Alta Ley3.Mejorar medición y control de
la temperatura
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