descripción planta paipote (1)

intrduccin

Informe 1 Fundicin Hernn Videla Lira, Paipote.

INDICE

INTRODUCCIN.

La Fundicin Hernn Videla Lira perteneciente a la Empresa Nacional de Minera (ENAMI), se encuentra ubicada en la localidad de Paipote, aproximadamente a 8 kilmetros de la ciudad de Copiap, en la III Regin. sta, la primera fundicin estatal del pas, fue inaugurada oficialmente el 26 de enero de 1952, por el Presidente Gabriel Gonzlez Videla, aunque su primera barra de cobre blister fue terminada el 29 de diciembre de 1951 a las 5 de la madrugada. Lleva el nombre de su principal impulsor, un destacado dirigente minero, senador y embajador.

La fundicin Hernn Videla Lira tiene una capacidad instalada de fusin de 330 mil toneladas mtricas al ao.

Su dotacin alcanza las 486 personas y su Gerente es el Ingeniero Civil Metalrgico Jos Sanhueza Reyes.

En 1995 la zona donde se ubica la Fundicin fue declarada saturada de anhdrido sulfuroso y material particulado segn el Decreto Supremo 18/97 del Ministerio Secretara General de la Presidencia. A partir de esta fecha , la Fundicin Hernn Videla Lira, Ese mismo ao Paipote, para adecuarse a las normativas ambientales que comenzaron a dictarse en el pas a partir de 1990, comenz su proceso de Modernizacin y Descontaminacin , el cual implic una inversin de 92,4 millones de dlares y consisti principalmente en la adquisicin de nuevos equipos, tales como: el Convertidor Modificado Teniente, en reemplazo del horno reverbero como unidad de fusin, una Planta de oxgeno, una segunda Planta de cido, una Planta de Secado de Concentrado, el sistema de transporte neumtico de concentrados e inyeccin, la cmara de enfriamiento y ducto de gases y los Precipitadores electrostticos. Junto con ello se debe considerar la construccin y puesta en marcha del Horno Elctrico para el tratamiento de las escorias con una inversin de 9.9 millones de dlares.

DESCRIPCIN GENERAL DE LA FUNDICIN

Actualmente la fundicin Hernn Videla Lira (HVL) contempla dentro de su proceso de produccin las siguientes etapas:

Recepcin y compra del concentrado.

Clasificacin y posterior mezcla de los distintos concentrados

Secado del concentrado

Fusin en Convertidor Teniente

Limpieza de escorias en Horno Elctrico

Conversion en convertidor Peirce Smith

Horno de retencin

Horno basculante o horno RAF

Tratamiento de gases en Planta de cido.

Planta de Oxgeno

Circuito de Chancado

DESCRIPCIN PROCESO Y EQUIPOS

Recepcin y compra del concentrado.

La recepcin de materias primas (concentrados de cobre, plata y oro, precipitado de cobre y minerales sin concentrar como atacamita, cuprita, crisocola, magnetita, slice, etc.) pertenece al rea de chancado y de mezcla. La etapa de chancado se divide en dos subetapas: una de chancado y otra de romana o pesaje. La etapa de mezcla se subdivide a su vez en: camadas y una de RAM.

El concentrado es adquirido a distintos proveedores, los cuales, segn su capacidad de produccin entregaran cantidades y composiciones qumicas diferentes. Los camiones llegan a una recepcin donde son pesados en una romana con la intencin de primeramente conocer la carga y registrar el peso de carga, esto segn tipo de camin, para informes, que, cuando sea requerido, entregar al Ministerio de Obras Publicas (MOP). Por tanto el sistema involucra un control del pesaje operacional comercial y un pesaje MOP, este ultimo para establece la carga mxima que puede transportar un camin de acuerdo al tipo y ejes que tenga para no daar las carreteras.

Existen dos romanas en la recepcin de materias primas. Una de 22 y otra ms pequea de 12 m, de accionamiento dinmico y mecnico, respectivamente.

Como antes se mencion, la diversidad de proveedores, hace que la composicin qumica sea diferente. Grandes productores de concentrado, clasificados del tipo candelaria no requieren anlisis qumico, pues su ley es conocida y confiable, del orden del 27% de Cobre. Otro grupo son los varios ENAMI, que corresponde a pequeos productores son llevados a anlisis qumico para, posteriormente, ser depositados en un rea de almacenamiento.

Clasificacin y mezcla de los distintos concentrados

La nave de camada cuenta con 12 tolvas, cada una con capacidad de 1758 m3 de almacenamiento, equivalentes en promedio a 3500 toneladas de concentrado, las cuales en su parte mas baja miden 7.44 metros y en la mas alta 11.02 metros. En la parte central se encuentran ubicadas tres tolvas de gran tamao con forma troncopiramidal donde se realiza la mezcla por medio de un puente gra con una pala tipo almeja que posee un Pesmetro y tiene una capacidad aproximada de 4 toneladas. La mezcla es entregada al operador de la gra de forma computacional con la razn de mezcla de cada uno de los concentrados segn su ley y disponibilidad. Esta indicacin viene desde departamento de planificacin y control de la produccin.

La parte central de la camada cuenta con otras tres tolvas de menor tamao que almacenan carbn y carga circulante que se utiliza en el horno elctrico.


En la fundicin HVL, el concentrado hmedo ya mezclado se almacena en un gran silo de 440 toneladas de capacidad y mediante una correa transportadora es llevado al secador rotatorio, ingresando a ste por un chute. El secador tiene una capacidad de 60 tph. El sistema contempla adems una cmara de recuperacin de polvos y una sala de compresores. El concentrado seco obtenido es trasladado a travs de caeras a una presin aproximada de 50 psi, almacenado posteriormente en una tolva de 4 toneladas ubicada e la parte posterior del CT, desde donde, a travs de toberas de inyeccin a unos 80 psi, el concentrado entra, finalmente, al CT. Estas toberas tienen un dimetro de 3 y la camisa de 5 de dimetro. El sistema de transporte neumtico de inyeccin de concentrado seco se denomina modo dense y fue desarrollado por Fuller-Kovako. El concentrado hmedo es transportado desde el silo al secador mediante las correas nmero 17, 25, 26, 27, 28, 29.

CorreaAncho

(pulgadas)Largo (m)Velocidad de la correa (m/s)Potencia

(Kw)Velocidad

(rpm)Capacidad

17241132.0318.51500250

25241492.03451500250

2624782.03301500250

274222.80.135.5150050

28241510.5111150050

292413.60.513.7150050

El sistema cuenta tambin con un ventilador de aire combustin que tiene un motor de 30HP de potencia y 1500 rpm. El volumen de aire es del orden de los (flujo de aire primario) a unos 25C. Cuenta adems con un ventilador de aire secundario que sirve para enfriar los gases de la cmara. Cuando sube la temperatura este aire entra por las paredes del ladrillo y el casco de la cmara. La cantidad de aire es del orden de los o . Posee adems una puerta ajustable (DAMPER), un ignitor a gas licuado de 10 psi. Y un suministro de diesel de para limpiar la red. La temperatura de operacin de la cmara vara entre 570 y 600C.

El secador propiamente tal tiene un largo de 24.390 m y un dimetro de 2.77m. En su interior posee aspas denominadas labes, que tienen como objetivo levantar la carga y dejarla caer a travs de los gases calientes producto de la combustin y ayudar al paso del concentrado. Estos gases son forzados a pasar por el secador y colector de polvos mediante un extractor de gases. El secador se encuentra ligeramente inclinado respecto a la horizontal aproximadamente 2.42.

La velocidad de giro es de 3.6 rpm y el tiempo de residencia del concentrado es de 14 minutos.

Las partculas que arrastran los gases son recuperadas mediante un colector de polvos o filtro de mangas el cual est compuesto por 800 mangas que reciben una capacidad de . Los gases que entran al filtro tienen una concentracin de polvos del orden de y los de salida una concentracin de . El flujo de descarga es de 9.1 tph, la temperatura de entrada de 100-120, una presin de Nitrgeno de 100 psi y un caudal de Nitrgeno de .

Convertidor Teniente

El Convertidor Teniente en un reactor que posee toberas por las cuales ingresa el concentrado con una ley aproximada de un 28% de cobre y aire enriquecido en oxgeno del orden de un 34- 37%. El convertido teniente es considerado un reactor continnuo pues el concentrado es ininterrumpidamente inyectado al bao a travez de toberas, siendo su descarga transportada por medio de ollas.

El Convertidor Teniente que posee la fundicin, tiene las siguientes caractersticas:

largo: 14 m

dimetro: 3.8m

material: 15 Mo3 Steel Conforme a DIN 1755

Toberas de soplado: 36 de 2 de dimetro

Toberas de inyeccin: 2 de 3 de dimetro.

Placa metal blanco: 3 de dimetro.

Placa de escoria: 6 de dimetro.

Limpieza de escorias en horno elctrico

Las caractersticas del horno elctrico, actualmente en funcionamiento en la fundicin HVL:

Dimetro exterior carcaza metlica: 10163 mm en la zona de gases y 9940 mm en la zona del crisol.

Altura de la carcaza: 5250 mm dividida en un piso de 1350 mm, una zona de crisol de 1700 mm y una zona de gases de 2000 mm, mas 300 mm de techo

Capacidad: 102 m3.

Produccin de metal blanco:

Produccin de escoria:

proteccin refractaria de ladrillos cromo - magnesita

Capacidad mxima de tratamiento. : 800 ton escoria, 150 ton circulantes

Potencia transformador: 11 mva

Corriente por electrodo: 40 ka mximo

Dimetro electrodos Soederberg: 890 mm

Volumen gas de proceso a 380 C: 42000 nm3/hr

Sistema de refrigeracin:

volumen circuito cerrado = 320 m3/hr

volumen circuito abierto = 430 m3/hrLa escoria que es llevada al horno elctrico tiene un contenido de cobre del orden del 6.3%, de la cual se obtiene un metal blanco de alrededor de un 70.6% de cobre y una escoria final de un 0.76% de cobre, contenido con el cual la escoria se retira a botadero.

Convertidor Peirce Smith

La fundicin HVL posee 3 CPS, uno de los cuales esta fuera de servicio y el segundo stand by.

El CPS es un reactor cilndrico horizontal de 6.2 m de largo y 3 m de dimetro.

Este reactor utiliza aire enriquecido de un 27-29% oxigeno.

El Producto del CPS tiene una composicin tpica como lo muestra la siguiente tabla:

ProductoCuSOFeFe3O4SiO2

Blister98.7%850 ppm6.960 ppm382 ppm

Escoria39.8%2.9%

34.4%46.9%7.7%

Horno de retencin

Este horno tiene como misin almacenar el cobre blister salido del CPS y mantenerlo caliente mientras se habilita el horno RAF para continuar el proceso.

Este horno es alimentado con ENAP 6, combustible que entrega la energa necesaria para mantener la temperatura deseada.

Tratamiento de gases en Planta de cido

Mecanismo de obtencin del Acido sulfrico:

La fabricacin de cido sulfrico involucra tres pasos bsicos:

Generacin de anhdrido sulfuroso (SO2).

Conversin de SO2 a anhdrido sulfrico (SO3).

Absorcin del anhdrido sulfrico (SO3) en una solucin de agua para formar el cido sulfrico (H2SO4).

Generacin de Anhdrido Sulfuroso

En las fundiciones esto se logra durante los procesos de fusin de minerales sulfurados.

La reaccin general que describe este proceso se representa de la siguiente forma:

Conversin de SO2 a SO3

Primeramente, el gas es purificado removiendo el polvo en una cmara de enfriamiento y Precipitadores electrostticos y la humedad mediante un lavado con cido sulfrico. A travs de un proceso de conversin, el SO2 es oxidado a SO3 por contacto con un catalizador (V2O5).

Este proceso esta descrito por la siguiente reaccin:

La eficiencia general de conversin puede alcanzar niveles de 96-99%. El gas SO3 enriquecido que sale de la conversin, es enfriado a una temperatura adecuada para ingresar a la torre final de absorcin, mediante un enfriador con aire.

Absorcin del Anhdrido Sulfrico

En esta etapa el SO3 producido es puesto en contacto con una solucin acuosa de cido sulfrico, de este modo el SO3 es absorbido por el agua aumentando la concentracin de cido. La siguiente ecuacin describe la reaccin qumica:

Planta de Oxgeno

La planta de oxigeno tiene como materia prima el aire atmkosferico y el proceso esta basado en la destilacion de gases por medio de sucesivas conpresiones y expasiones, filtros humerdos y tamizes moleculares.

La planta de oxigeno consta de las siguientes etapas:

Preparacin del aire: consiste en la filtracin, compresin y enfriamiento.

Los equipos utilizados en esta etapa son: filtro de aire principal, compresor de aire principal, enfriadores intermedios, postenfriador de contacto directo (DCAC), Bombas de agua (DCAC), torre fra, amices moleculares, calentador elctrico de reactivacin, compresor de aire Booster, enfriadores intermedios y post-enfriadores

Destilacin por separacin fraccionada del aire para obtener O2 y N2: requiere

intercambiadores de calor, turbinas de expansin (Companders) y compresor, columnas de destilacin, condensador /rehervidor, subenfriador de nitrgeno, postenfriador e intercambiador de LOX bombeado. Adems considera las provisiones para la produccin y almacenamiento de oxigeno liquido a alta y baja presin.

Preparacin para el despacho de oxigeno y nitrgeno hacia consumo: posterior

a la etapa de vaporizacin, el oxigeno es introducido a la lnea de alta presin para ser distribuido ala fundicin; en tanto que el oxigeno a baja presin constituye una reserva de oxigeno a baja presin. Los equipos utilizados en esta ltima etapa son: Bombas de oxigeno liquido, intercambiador de LOX bombeado, adsorbedor de proteccin, compresor de Nitrgeno, enfriadores intermedios, postenfriadores, estanque de almacenamiento de LOX de media presin, estanque de almacenamiento de LOX de alta presin, gasificadores ambientales.ChancadoEn al Fundicin Hernn Videla Lira el material triturado en la etapa de chancado corresponde al circulante proveniente del proceso. Las instalaciones se encuentran desde los inicios de la fundicin, realizndoles cambios de piezas debido al desgaste, tambin se les efecta mantencin una vez por semana.

En el sector de chancado existen 2 plantas, de las cuales 1 se encuentra fuera de servicio debido a que era utilizada para la trituracin de slice; pero por el dao que sta sustancia provoca a los trabajadores y por conveniencias econmicas fue dada de baja. Actualmente la slice, que es utilizada como fundente, es suministrada por proveedores externos.

Por otra parte la planta de chancado que se encuentra en servicio est constituida por 3 chancadoras:

Chancado Primario: Chancadora Blake.

Alimentacin: 10

Descarga: 4

Marca: Allis Chalmers 3823

Tamao: 30 x 18

Motor.

Marca: Allis Chalmers

Tipo: ART

Serie: 17610 MK-818-A-1-1

Volts: 220

380

Amp: 102

59

Ciclos: 30

Fases: 3

HP: 40

RPM: 1460

En la parte superior de sta chancadora se encuentra ubicada una parrilla de clasificacin, su funcin es separar de acuerdo al tamao el material a triturar, el sobre tamao es alimentado a la chancadora mientras que el bajo tamao pasa mediante correas transportadoras directo al chancado secundario.

Parrilla Fija (para alimentar Blake 30x18)

Marca: Cantileyer

Tamao: 36x67

N de barras: 11

Abertura: 2

Chancado Secundario: Chancadora de Hidrocono.

Alimentacin: 4

Descarga: 2 21/2.


Tipo: R-636 9424

Motor


Tipo: APZT

HP: 60

RPM: 1470

AMP: 88

Volts: 220

380

Serie: 1-5128-81629-2-1

En la parte de la alimentacin de sta chancadora se encuentra ubicado un harnero vibratorio, destinado a la clasificacin del material, el sobre tamao pasa a ser triturado, mientras que el bajo tamao es enviado mediante correas transportadoras al acopio de mineral que posee una granulometra apta para ser utilizado nuevamente en el proceso.

Harnero Vibratorio (Alimentacin Chancadora Hidrocono)

Malla de Acero: 1 (de luz)

N de bastidor: 1-0700-67070

Motor.


Tipo: APT

Ciclos: 50

Volts: 220

380

AMP: 9.10

5.23

HP: 3

R.P.M: 1450

Chancado Terciario: Chancadora de Rodillo, este equipo se encuentra fuera de servicio debido a que el tamao de su descarga es muy pequeo para ser utilizado en el proceso.A continuacin se presenta un flowsheet que muestra el manejo de los circulantes en la planta.

N de correaAnchoVelocidad

F.P.MCapacidad

Ton/HrHp requeridosTelasEntretelas O.ZGomaLargo neto sin empalmeMarcaSerie

NTipoHpCiclosVoltsAMPR.P.M

13075 801.05363/16 1/16218Allis Chalmers17758MK-9344-1-5A.P.T350220

3809.1

5.251450

230808055363/16

1/16322Allis Chalmers17758MK-713-D-4-1A.R.T1050220

38026

151450

320150802.3432

1/16130Allis Chalmers17758MK-9 A 8-2-5A.P.T550220

38014.5

8.41450

418150802.3432


38014.5

8.41450

518150802.44321/8


38014.5

8.51450

618150802.34321/8


38014.5

8.41450

820150803.34321/8


38014.5

8.41450

924200200115323/16

1/16323Allis Chalmers17758MK-713E-5-1A.R.T1550220

38038

221460

1018150805.34321/8

1/32321Cic. Sterling67031-1172F.W.F7.5

380

11.61450

111495250.84251/8

1/32134Allis Chalmers7-5122-24365-1-1A.P350220

3805.31450

121495250.84281/8

1/32116Allis Chalmers17-758-MK-9344-1-1A.P.T350220

3809.1

5.251450

1518150803.34321/8

1/32374Allis Chalmers17758MK9 A 8 2-4A.P.T550220

38014.5

8.41450

1624200200235323/16

1/1690.83Allis Chalmers17758MK-86E-6-1A.R.T3050220

38077.7

451460

Descripcin Correas

Tabla: Correas Transportadoras.

Descripcin Motor

Refinacin: Horno basculante u Horno RAF

Bsicamente la refinacin a fuego (RAF) consiste en dos etapas, la primera de ellas ocurre bajo condiciones oxidantes en la cual se elimina el azufre que an queda disuelto en el cobre junto con otras especies que tienen afinidad con el oxgeno. La segunda etapa consiste en la adicin de un reductor, en el caso de la fundicin HVL, ENAP-6 con la intencin de reducir cualquier xido de cobre que se pudiera haber formado en la etapa anterior, de esta forma se consigue un cobre blister de un 99.6% de pureza.

La estructura de este horno basculante, al igual que los reactores anteriores, es un cilindro horizontal con dimensiones aproximadas de 8 m de largo y 4 m de dimetro, el horno cuenta con dos toberas para la inyeccin de aire enriquecido y quemadores para la entrada del combustible.

El tiempo de colada es de aproximadamente 3.5 a 4 horas.

Moldeo

Corresponde al vaciado del cobre blister con un 99.6% de Cu contenido dentro del horno RAF sobre moldes para formar nodos que posteriormente irn al proceso de electrorrefinacin, para obtener, finalmente, cobre catdico con una pureza mayor al 99.99%. La operacin es de tipo batch y es realizada en una rueda de moldeo que cuenta con 16 moldes, los cuales le darn un peso a cada nodo de 275 kilogramos. Esta rueda tiene una capacidad de 40 tph. El proceso se encuentra automatizado, mediante un sistema Outokumpu, aunque aun manualmente se realiza el sangrado del cobre. Durante este recorrido el nodo es enfriado con agua, a travs de duchas logrando que su temperatura inicial, del orden de los 1167C baje a unos 600C. Este ciclo, desde que se vaca el cobre al molde hasta que este es desmontado mediante un sistema hidrulico y enfriado en un bao de agua a 40C demora unos 22 segundos. Posteriormente una gra agrupa de a 10 nodos, los cales son desbastados, por especificaciones de la refinera, marcados, segn da, semana, mes y moldeo, para posteriormente ser cargados a camiones con destino a la Refinera de Ventanas.

PRODUCCIN

La fundicin tiene como productos finales del proceso el cobre en forma de nodos y el acido sulfrico debido a la captacin del SO2 del proceso.

La siguiente tabla muestra las variaciones de produccin por ao:

1995199619971998199920002001200220032004

CNUkton232,4216,1235,5277,5285,7302306,1316331,1335,14

nodosktms67,563,365,769,272,877,683,992,596,796,85

cidokton86,487129,5199,4238,1245,7249,8267,9282,8290,11

Se muestran graficamente cada una de estas producciones en las paginas siguientes:

ANEXO

La disminucin de yacimientos de alta ley de cobre, dio origen a procesos previos de concentracin de minerales cobre va flotacin selectiva de minerales sulfurados Los minerales sulfurados de este metal representan aproximadamente el 80% de las reservas. En general la misin de las fundiciones de cobre es transformar estos concentrados y otros productos de cobre, como por ejemplo, chatarra de cobre, cemento de cobre y otros, en cobre metlico de mayor valor econmico procurando simple hacer una operacin rentable cumpliendo las normas medioambientales.

MECANISMOS DE REACCIN EN LA PIROMETALURGIA DEL COBRE: DESCRIPCIN DEL PROCESO.

El proceso de fusin conversion, se explica de acuerdo al proceso global de conversion de ejes de cobre, el que ocurre en dos etapas, siendo la primera donde ocurre la eliminacin de FeS mediante la eliminacin de SO2, que contiene el azufre y Fe que se elimina a travs de monosilicato fusible conocido como fayalita 2FeO*SiO2. Es en esta etapa donde tiene un rol importante la adicin de fundente silceo que contiene a la slice (SiO2) la cual acompleja al FeO formado.

El eje consta mayoritariamente de sulfuro de cobre (Cu2S) y sulfuro de fierro (FeS) y por afinidad con el oxigeno, de acuerdo al diagrama de Ellingham, el FeS es oxidado primero que el Cu2S.

Una vez que el FeS se ha oxidado comienza el proceso de oxidacin del Cu2S.

Estas reacciones ser producen a las severas condiciones oxidantes y a las altas temperaturas que prevalecen durante el proceso.

Proceso de fusin.

Los mayores constituyentes de la carga a fusin son los sulfuros y xidos de fierro y cobre. La carga tambin contiene xidos tales como Al2O3, MgO, CaO y principalmente SiO2, los cuales provienen ya sea del concentrado original o agregado como fundente.

Suponiendo que el concentrado alimentado al horno esta compuesto principalmente por calcopirita (CuFeS2), a la temperatura de fusin esta se descompone segn la reaccin:

Parte del cobre, ya sea alimentado o que haya reaccionado con el oxigeno del aire de combustin podra estar presente como oxido cprico (CuO), cuprita (Cu2O).Tambin podr estar presente covelina (CuS) y calcosina (Cu2S).estos compuestos podran reaccionar de acuerdo a las siguientes reacciones:

Posteriormente la wustita ser enviada a la escoria acomplejndola con slice para formar fayalita y as comenzar a enriquecer la mata en cobre. La primera reaccin que tiene lugar es:

Como se mencion anteriormente, el FeO formado a causa de su gran reactividad en el estado lquido y en presencia de oxgeno ante la posibilidad de formar magnetita, debe ser acomplejado con el fin de reducir su actividad qumica, adicionando fundente silceo:

La reaccin anterior representa la primera etapa de conversin, llamada etapa de escorificacin o enriquecimiento o soplado de fierro. Esta etapa consiste en la eliminacin del sulfuro de fierro o formacin de la escoria, adems de la produccin de sulfuro de cobre(I) impuro (75-80% Cu) llamado metal blanco.

Las ecuaciones antes mostradas representan las reacciones ocurridas dentro del convertidor teniente.

Proceso de conversin.

Terminada la primera parte del proceso el eje o mata de los hornos de fusin ingresa al proceso de conversion. Este eje contiene fierro disuelto, cobre y azufre, y adems pequeas impurezas metlicas, tales como: As, Bi. Ni, Sb, Zn junto con metales nobles tales como oro y plata.

El proceso de conversin consiste en la oxidacin de la mata lquida a altas temperaturas (1150 a 1250C) soplando aire a travs del eje fundido y utilizando slice como fundente.

Esto permite remover el fierro, azufre e impurezas en el eje, produciendo:

cobre de aproximadamente 99% de pureza llamado cobre blister

escorias ferro-silceas

dixido de azufre: SO2La segunda etapa de conversion llamada etapa de soplado de cobre ocurre una vez que se ha logrado retirar la mxima cantidad de escoria y al no quedar eje en el convertidor para ser escorificado. La reaccin principal que tiene lugar en esta etapa es el paso del metal blanco a cobre blister segu8n la siguiente reaccin:

Esta reaccin es exotrmica y espontnea a las temperaturas dadas. Es por esta razn que se debe controlar en forma continua la temperatura del proceso, para as a medida que el ciclo avanza se adiciona carga fra o scrap (proveniente de la refinera electroltica) oportunamente, para evitar un sobrecalentamiento del equipo y reducir la magnetita adosada al refractario en el soplado anterior. En esta segunda etapa del ciclo no se genera escoria fayaltica, solo se obtiene cobre blister, pero en la proximidad de las toberas se forma Cu2O ( oxido cuproso), el cual es muy agresivo frente a los refractarios bsicos cromo- magnesita y los disuelve, es decir este fenmeno es el que ms contribuye al desgaste de refractarios, sino e encuentra protegido adecuadamente.

Debido a la inmiscibilidad entre el metal blanco y el cobre blister y siendo el segundo de un mayor peso especfico, este decantar al fondo del convertidor, formando una fase separada si las condiciones de agitacin por el aire insuflado no son extremas. Es por esta razn que toma importancia que el soplado del aire sea dirigido a la fase sulfurada para ser mas eficiente el proceso. Como la eficiencia del oxgeno en los convertidores industriales es de alrededor de un 80%, existe siempre la posibilidad que el oxigeno reaccione con la fase metlica (blister) y en forma transitoria se sobreoxide, segn la siguiente reaccin:

INCRUSTAR Equation.3 Sin embargo mientras exista Cu2S presente en el bao existe la posibilidad que este reduzca nuevamente al Cu2O y lo reintegre al blister, segn la reaccin:

DESCRIPCIN PROCESO Y EQUIPOS


El mineral de cobre, posterior al proceso de concentracin generalmente presenta una humedad promedio un 8-10%. Durante el proceso de fundicin se requiere de un gasto adicional de energa, combustible, para poder evaporar el agua.

Debido al elevado precio de los combustibles, se han diseado reactores que funcionan de forma autgena, es decir, utilizando la energa calrica liberada en las reacciones involucradas.

El concentrado obtiene las caractersticas requeridas en el proceso a travs de un proceso de secado, pudiendo llegar a humedades cercanas al 0,2% incluso al 0%.

Existen distintos tipos de secadores, los mas comunes son:

Secador rotatorio

Secador de lecho fluidizado

Secador de tipo indirecto

Fusin

El proceso de fusin de consiste en fundir aproximadamente a unos 1250C el concentrado, obteniendo as una fase sulfurada con mayor contenido de cobre. Este enriquecimiento se logra mediante la eliminacin de fierro.

Antiguamente el concentrado ingresaba a un horno de reverbero, el cual no requera una etapa de secado previo. En el horno se obtena una mata () pobre en cobre, la cual ingresaba posteriormente a un convertidor Pierce Smith. Actualmente la fusin se realiza de forma autgena en hornos utilizando de forma intensiva el oxigeno. Segn sea el tipo de contacto entre las especies qumicas y el oxigeno se clasifican estos reactores como de lecho fluidizado o de bao, entre los cuales podemos nombrar:

En bao: Noranda, Convertidor Teniente, TBRC, horno elctrico, Vanyukov, Isasmelt.

Fusin flash: Outokumpu, Inco, Contop

Limpieza de escorias

El problema de la prdida de cobre en las escorias constituye, quizs, el principal de los que se pueden clasificar como problemas clsicos en las fundiciones de cobre.

Se habla de factor de perdida, expresado porcentualmente:

Las causas de las prdidas de cobre en las escorias se pueden clasificar en dos tipos:

causas fsicas

causas qumicas

Las causas fsicas dependen de las condiciones de operacin y del diseo de los hornos, por consiguiente, es muy variable de una planta a otra. en primer lugar una deficiente separacin entre mata y escoria, y en segundo lugar, la suspensin debida a fenmenos interfaciales.

Las partculas metlicas que han sido atrapadas por emulsionamiento y que no logran estabilizarse en las escorias por fuerzas superficiales, decantaran debido a su mayor densidad, segn la ley de Stokes:

donde:

velocidad de decantacin, cm/s

densidad de las gotas de mata, g/cc

densidad de la escoria, g/cc

viscosidad de la escoria, p

radio de la gota de eje, cm

En lo que se refiere al atrapamiento debido a las fuerzas superficiales, esto se debe a que las fuerzas de superficie que actan sobre las gotas han sido capaces de balancear las fuerzas gravitacionales.

La mxima fuerza superficial queda dada por la relacin de balance (Poggi):

donde:

tensin superficial en la interface mata/escoria, dina/cm

En relacin a las causas qumicas, la disolucin qumica de cobre en las escorias se subdivide en cobre asociado al oxigeno (cobre oxidico) y cobre asociado a azufre (cobre sulfidico).

Las escorias con un bajo contenido de cobre, inferior al 1% de Cu se consideran escorias descartables. Si el contenido de cobre es superior al 1%, se requiere de un tratamiento para su recuperacin.Las escorias se pueden tratar va Pirometalurgia o va molienda flotacin.

La va Pirometalurgia consiste en la reduccin de la magnetita y posterior sedimentacin del cobre atrapado mecnicamente en la escoria. Para ello existen dos tecnologas: Horno elctrico y Horno de limpieza de escorias (tecnologa Codelco).

Se hace necesario el uso de un horno de limpieza de escorias una vez que se comienza a utilizar reactores que requieren para su funcionamiento un uso intensivo del oxigeno. Se sabe que mayores enriquecimientos en el eje traern consigo perdidas en fases como las escorias. El convertidor teniente logra enriquecimientos de mata del orden de los 74-80% y leyes de cobre en las escorias del orden del 5-10%, esto debido a que durante el proceso de fusin del concentrado la wustita podra ser oxidada a magnetita, especie que a la temperatura de trabajo se encuentra slida y har que, inevitablemente, aumente la viscosidad de la escoria, ocurriendo atrapamiento mecnico de gotas de cobre sulfurado. Por ejemplo, la misin del horno elctrico es conseguir la reduccin de la magnetita, disminucin de la viscosidad y la consiguiente decantacin de las gotas de cobre consiguiendo as escorias con una ley de cobre menor al 1%.

Conversion

La etapa de conversion corresponde a la oxidacin de los componentes sulfurados () que forman parte del eje o mata producida en horno de fusin, bao o Flash, y que es llevada a cabo en dos etapas separadas de conversion:

1. Soplado o oxidacin del eje con la consiguiente formacin del metal blanco. El convertidor teniente es llamado de esta forma pues esta la primera etapa de conversion ocurre en este horno. Si el equipo de fusin, como es en el caso de la fundicin HVL, esta etapa ocurre en el CT.

2. Oxidacin o soplado del metal blanco para la obtencin de cobre blister. Esta etapa es realizada en el convertidor Pierce Smith.

El producto obtenido, cobre blister de una 99,3% de pureza, se consigue debido a la interaccin de impurezas, tales como el azufre disuelto en el eje con el oxigeno. Este cobre blister adems contiene una serie de otras impurezas, las cuales hacen imposible su uso directo, por lo tanto debe ser refinado para producir un metal dctil y con buenas propiedades elctricas y mecnicas. Estas impurezas que pueden ser metlicas o metlicas, afectan usualmente de forma nociva las propiedades del cobre.

Tratamiento de gases en Planta de cido

En el proceso de fundicin de minerales sulfurados de cobre, se produce una gran cantidad de dixido de azufre (SO2), compuesto altamente contaminante que se emite a la atmsfera.

Mediante una planta de cido es posible retirar de los gases este compuesto txico, y convertirlo en cido sulfrico, utilizando una serie de procesos fsicos y qumicos.

Adems el proceso de produccin de cido elimina de los gases algunas impurezas que son contaminantes atmosfricos, como el arsnico, mercurio, selenio y otros metales; lo que permite descartar gases por la chimenea sin SO2 y limpio de estas impurezas contaminantes.

Las principales fuentes generadoras de estos gases son:

Gases de etapa de fusin: Hornos de reverbero, CT y Horno Flash. Los cuales contienen altas impurezas slidas y gaseosas de Cu, Fe, Pb, Zn, Cd, Se, Te, Cl, F, Hg, As, etc.

Gases de etapa de conversin: Convertidores Pierce Smith, con gases que contienen bajas concentraciones de impurezas slidas y gaseosas de Cu, Fe, Pb, Zn, Cd, Se, Te, Cl, F, Hg, As, etc.

El objetivo de los sistemas de tratamiento de gases metalrgicos es:

Recuperar los polvos arrastrados para recuperar el Cu contenidos en ellos.

Captar el SO2 y fijar el azufre de una forma til, estable y a travs de un proceso econmicamente rentable. Se puede considerar por tanto, la produccin de cido sulfrico, azufre elemental o dixido de azufre lquido.

Recuperar tambin otros elementos, algunos nocivos como el arsnico y otros que pueden tener valor econmico adems del Cobre, como por ejemplo el Germanio.

En Chile la solucin ms econmica para no emitir estos gases a la atmsfera es captarlos para fabricar Acido sulfrico, producto que es utilizado en la lixiviacin de Oxidos de cobre. Los gases para poder ser tratados en una planta de cidos deben tener una concentracin igual o superior al 4% en SO2.

Circuito de Chancado. El chancado es la primera etapa en el proceso de reduccin de tamao de un mineral. Es generalmente una operacin va seca, que se efecta en varias etapas con el fin de evitar consumos excesivos de energa, exceso de material muy fino en el producto y fallas mecnicas en la maquinas chancadoras, debido a los fuertes esfuerzos que se producen por la aplicacin de cargas muy intensas. El chancado se divide en: Chancado primario, secundario y terciario cuyas razones de reduccin usuales se muestran el la tabla N1.

Tabla N1: Razones de reduccin ms comunes.Tipo de ChancadoAbertura Mxima de Alimentacin. (Pulg)Producto Mnimo Recomendado. (Pulg)Razn de Reduccin

Primario60 a 306 a 48 : 1

Secundario254 a 6 a 8 : 1

Terciario101 a 1/84 a 6 : 1

Chancado primario

Se realiza al material de un tamao de 1 a 1.5m y su principal propsito es reducir el tamao del material hasta unos 10 a 20cm, de modo de facilitar su transporte, utilizacion o almacenamiento.

Opera siempre en circuito abierto con o sin parrillas.

Actualmente el chancado primario se lleva a cabo bsicamente en 2 tipos de chancadoras: de mandbula y giratorio.

Chancadora de mandbula: Las mandbulas se ajustan en ngulo agudo una a otra y una es pivoteada permitiendo un movimiento relativo con la mandbula fija.

Tipos de chancadoras de mandbulas:

Chancadora Blake: La mandbula esta pivoteada en el tope lo que da un rea de alimentacin fija y una abertura de descarga variable lo que permite dar mayor movimiento a los fragmentos de rocas pequeas. Es la chancadora mas usado en la minera.

Chancadora Dodge: La placa mvil est pivoteada en la descarga lo que da un rea de alimentacin variable, pero rea de descarga fija. Se usa solo en laboratorios puesto que se obstruye fcilmente.

Chancadora Universal: Tiene rea de alimentacin y descarga variable. Las variables operacionales son el setting y el flujo de alimentacin. Hay dos tipos de variaciones principales de la chancadora universal:

Palanca Pivoteada doble: El movimiento es comunicado a la pieza mvil por medio de un eje excntrico horizontal ayudado de una placa o biela situada en el nivel de la salida de los productos.

Palanca simple: El movimiento es comunicado directamente. Los equipos de doble palanca tienen un coste de alrededor de 50% mayor que el de palanca simple del mismo tamao. Las maquinas de doble palanca se usan principalmente para materiales duros y abrasivos.

Chancadoras Giratorias: Estos equipos son poco frecuentes en operaciones subterrneas.

Consiste en un eje central largo con elemento de molienda construido de acero cnico, cuya cabeza est montada en una excntrica. Est suspendido desde una araa y debido a su rotacin por la excntrica (entre 85 y 150 RPM) recorre un camino cnico dentro de la cmara de molienda fija, o carcaza.

Como en las chancadoras de mandbulas, el mximo movimiento de la cabeza ocurre cerca de la descarga. El eje central puede volver a su eje en la excntrica y as durante el chancado el material se comprime entre la cabeza rotatoria y las paredes de la carcaza, de modo que la abrasin en la direccin horizontal es despreciable.

Chancado Secundario

Puede ser la etapa previa a molienda o bien previa a chancado terciario. El propsito de esta etapa es preparar el material para la molienda y en aquellos en que la reduccin de tamaos es ms efectiva realizada en chancado, se puede incorporar un chancado terciario.

El chancado terciario se realiza en equipos del mismo diseo que el chancado secundario y tambin en seco.

Los principales equipos utilizados en esta etapa son las chancadoras de cono.

Chancadoras de Cono: Es similar a la giratorias, la diferencia fundamental est en que el eje es ms corto y no est suspendido, sino que esta montado sobre rodamientos bajo la cabeza giratoria o cono.

Debido a que no se requiere una gran abertura se puede tener una mayor rea de chancado hacia la descarga, con un mayor ngulo del cono que en las giratorias, manteniendo el mismo ngulo entre las piezas chancadoras.

Una chancadora de cono se individualiza por el dimetro del cono, este vara desde 559mm (22) hasta 3100mm (122) con capacidad hasta 1100 TPH y un setting de descarga de 19mm (3/4).

Estas chancadoras operan a mayor velocidad que las giratorias. Esto permite que el material se triture ms rpidamente debido al mayor flujo del material por la gran abertura que se crea al moverse el cono.

Estos equipos pueden tener una razn de reduccin 3 : 1 hasta 7 : 1 y mayores con algn material particular.

Chancadora de Cono Symons: Este tipo de chancadora es la mas usada y se utiliza tanto en chancado secundario (cabeza larga o estndar) como chancado terciario (cabeza corta).

Estos 2 tipos se diferencian por la forma de sus cmaras de chancado. La estndar o cabeza larga tiene una mayor separacin entre el cono y la carcaza que permite alimentar material ms grueso que la de cabeza corta. El producto vara entre 5 a 600mm (1/5 a 2/3)

La chancadora cabeza corta tiene un mayor ngulo que la estndar, ste ayuda a prevenir el atochamiento debido a las partculas mucho ms finas en ella. Tiene una abertura ms cerrada y una seccin paralela ms larga en la descarga. El producto vara entre 3 y 20mm (1/8 a 3/4).

Chancado Terciario

Esta etapa puede ser reemplazada por una etapa de molienda gruesa en molinos de barras. Normalmente estos circuitos van acompaados de las correspondientes etapas de clasificacin para evitar la excesiva produccin de finos y aumentar la capacidad del equipo.

Se puede usar circuito abierto o cerrado segn sea el destino del producto chancado, el uso del circuito cerrado permite, adems de tener un material de tamao homogneo, compensar algunos problemas de mayor o menor humedad de material o desgaste de la maquina, lo que se hace abriendo o cerrando el setting de la chancadora para ajustar a la mayor o menor carga circulante.

Refinacin: Horno basculante o horno RAF

La pirorrefinacin de cobre blister consiste en oxidar las impurezas del bao de cobre liquido, para luego atrapar qumicamente sus xidos, es decir, escorificarlos mediante la accin de u fundente, y estabilizarlos en una escoria manejable dentro del horno, la que es factible de retirar mediante el procedimiento de escoriado.

Esta tcnica de escorificacin de impureza se denomina acomplejamiento, y esta basada en el simple hecho que disminuye la actividad de los xidos de impurezas en las escorias.

La secuencia con la cual se lleva a cabo la refinacin a fuego es la siguiente

carguo

oxidacin de las impurezas

accin de fundentes

escorificacin

reduccin del oxido cuproso

moldeo

el objetivo en la etapa de reduccin, es reducir el oxido cuproso formado en la etapa anterior, lo que se realiza ingresando algn reductor, por ejemplo kerosene o parafina y vapor en el bao metlico oxidado.

Moldeo

Corresponde al vaciado del cobre blister contenido dentro del horno RAF y sobre moldes para formar nodos que posteriormente irn al proceso de electrorrefinacin, para obtener, finalmente, cobre catdico con una pureza mayor al 99.99%.POLTICA Y AVANCES AMBIENTALES DE LA FUNDICIN HERNN VIDELA LIRA.

planes de descontaminacin en fundiciones estatales

El artculo 7 transitorio del D.S. N 185/91 (Minera) oblig a la Empresa Nacional de Minera (ENAMI) a instalar una red permanente de monitoreo de calidad del aire en la zona circundante a la Fundicin Hernn Videla Lira antes del 30 de junio de 1992. La informacin recogida por esta red de monitoreo demostr que en algunos lugares aledaos a la Fundicin se sobrepasaba en algunas oportunidades la norma primaria de anhdrido sulfuroso en su nivel diario, como asimismo se superaba en numerosas ocasiones la norma secundaria del contaminante en sus niveles horarios. La zona fue declarada saturada por anhdrido sulfuroso mediante D.S.N 255/93 (Agricultura).

Producto de la declaracin de zona saturada la Empresa Nacional de Minera present en noviembre de 1993 un Plan de Descontaminacin al Intendente de la III Regin, el que fue aprobado mediante D.S.N 180/94 (SEGPRES).

En dicho Plan se estableci un cronograma de reduccin de emisiones para anhdrido sulfuroso, expresadas como azufre, y a proposicin de la ENAMI se estableci, adems, un cronograma de reduccin de emisiones de arsnico y material particulado.

(1) Meses de junio, julio y agosto (2) Meses de septiembre a mayo inclusive (*) Cumplimiento de normas de calidad del aire

Cabe destacar que el D.S.N 165/98 (SEGPRES) que establece la Norma de Emisin para la regulacin del contaminante Arsnico emitido al aire, en su artculo 6 le estableci nuevos lmites y plazos a la Fundicin Hernn Videla Lira, a saber, desde el ao 2000 la emisin es de 42 TM/ao y desde el ao 2003 el lmite es 34 TM/ao.

El Plan de Descontaminacin

El Plan de Descontaminacin de la Fundicin Hernn Videla Lira consisti en la modificacin del proceso productivo a travs de un cambio tecnolgico, con el propsito de reducir las emisiones gaseosas y de material particulado a la atmsfera. El plan se complementa con tres instrumentos de gestin, cuyo objetivo fundamental es controlar la ocurrencia de episodios crticos de contaminacin y mantener permanentemente informada a la comunidad afectada. Estos instrumentos corresponden a un plan operacional de control de eventos crticos, un sistema meteorolgico predictivo de episodios crticos y un plan comunicacional.

Proyecto de Modernizacin de la Fundicin

El proyecto consisti en la eliminacin del horno reverbero, realizando la fusin en el Convertidor Teniente (CT) con uso de oxgeno e inyeccin de concentrado seco por toberas al reactor. La etapa de conversin no sufre grandes modificaciones, transformndose los convertidores Hoboken en convertidores Pierce Smith (julio de 1996) donde se procesa todo el metal blanco generado por el CT ms el eje de alta ley generado en el horno elctrico.

Las modificaciones introducidas en la etapa de fusin implicaron la instalacin de una planta de oxgeno (Octubre 1997); un secador de concentrados con un sistema de inyeccin presurizada al CT (1997); una segunda planta de cido de 80.000 Nm3/h (Diciembre 1996); las adecuaciones necesarias para el manejo de los gases; y un horno elctrico de tratamiento de escorias (Octubre 2002).

Debido al atraso en el subproyecto Tratamiento de Escorias, durante 1998 en las instalaciones del horno reverbero se habilit un horno decantador con quemadores oxgeno-petrleo para el tratamiento parcial de las escorias del CT, de manera de reducir el contenido de cobre en la escoria para su posterior enfriamiento controlado y envo a procesamiento por flotacin en Planta Matta.

Las inversiones asociadas al proyecto de modernizacin de la fundicin Hernn Videla Lira ascienden aproximadamente a US$ 119,2 millones, en moneda del ao 2002.

Resultados de la gestion ambiental. (Fuente: Comisin Chilena de Minera: Anlisis de inversiones ambientales en fundiciones estatales de cobre , ao 2002)

BIBLIOGRAFA

1. Curso: Pirometalurgia del cobre, Instituto de Ingenieros de Minas de Chile, 1998

2. Estudio de Optimizacin de tratamiento de escorias de convertidores convencionales, hornos RAF y nodos, Memoria de Titulo, Universidad de Concepcin, 1996.

3. Anlisis metalrgico del convertidor teniente de la fundicin de concentrados de Chuquicamata. Evaluacin de parmetros operacionales para un funcionamiento eficiente, Memoria de Titulo, Universidad de Concepcin, 1992

4. Metalurgia extractiva vol. 2, Jos Sancho, Luis Felipe Verdeja, Antonio Ballester, editorial Sntesis.

5. www.enami.cl

Fundicin Hernn Videla Lira.

Departamento de Planificacin y Control de Produccin.

Alumnos Practicantes:

Liliana Arellano M.

Oscar Reyes Ch.

Alvaro Zepeda C.

Encargado:

Sr. Juan Carlos Vargas.

Enero 2005

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232.4

216.1

235.5

277.5

285.7

302

306.1

316

331.1

335.141

CNU kton

Ao

Kton

Carga Nueva Util (CNU)

Grfico2

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63.3

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69.2

72.8

77.6

83.9

92.5

96.7

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nodos ktms

Ao

tms

Produccin nodos

Grfico3

86.4

87

129.5

199.4

238.1

245.7

249.8

267.9

282.8

290.109

cido kton

Ao

kton

Produccin de cido Sulfrico

Hoja1

1995199619971998199920002001200220032004

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descripción planta paipote (1)

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