metalurgia y materiales segundo semestre 2007 universidad técnica federico santa maría...
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Metalurgia y MaterialesSegundo semestre 2007
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento Ciencia Materiales
ILC-204 Metalurgia y Materiales
Profesor: Mauricio Narváez
E-mail: [email protected]
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Objetivos
•VISUALIZAR IMPORTANCIA DE INDUSTRIA METALÚRGICA Y DE MATERIALES.
•COMPRENDER EL FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS DEL ÁREA.
•RELACIONAR LAS VARIABLES E INFLUENCIAS BÁSICAS QUE GOBIERNAN LA CALIDAD Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS Y NO METÁLICOS.
Contexto de la asignatura
•METALURGIA EN CHILE
•Esquema general de los procesos
•Descripción de las alternativas de procesamiento
•MATERIALES DE INGENIERÍA
•Procesos de fabricación
•Propiedades y usos
Contenidos
•METALURGIA EXTRACTIVA: BENEFICIO DE MINERALES, PROCESOS DEL COBRE Y DEL ACERO.
•PROCESOS DE FABRICACIÓN: FUNDICIÓN, CONFORMADO, PULVIMETALURGIA Y COMPUESTOS.
•MATERIALES: SELECCIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
•MATERIALES METÁLICOS, POLIMÉRICOS Y CERÁMICOS.
Bibliografía
Material de apoyo de las clases (presentaciones) y CD complementario.
WEB: www.cmat.utfsm.cl/mcabrera/mym
Biswas and Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, 3ª Ed.1994.
Askeland D.; La Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 3ª Ed. 1998.
Callister W.; Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed Reverté, 1995.
Smith W.; Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, 3ª Ed, McGraw Hill, 1998.
Certámenes y Quices
• Evaluación: 3 certámenes = 80%
• Certamen 1. Fecha a definir con otros paralelos• Certamen 2. Fecha a definir con otros paralelos• Certamen 3. Fecha a definir con otros paralelos
• Promedio Quiz (20%, promedio de al menos 5 controles).
• Certamen recuperativo global en caso de:
Alguna nota en certámenes menor a 45Falta a uno de los certámenes (no requiere justificación)Promedio final menor a 55Promedio final superior a 40
Toda la materia y reemplaza la peor nota o la que faltó
• http://enco.dcsc.utfsm.cl/moodle/• Entrar con correo electrónico USM y clave personal
o como invitado mientras la consigue si no la tiene• DEBE usar clave entregada por profesor (metalurgia)
Cómo nos comunicamos…?
Cómo nos comunicamos…?
Cómo nos comunicamos…?
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La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales
metálicos, incluyendo la producción de aleaciones.
Metalurgia
Minería en Chile, norte grande
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Minería en Chile, norte chico
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Minería en Chile, centro sur
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Minería en Chile, extremo sur
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Proyección de inversiones
Una inversión global de Mill US$ 13.090 seestima materializar en la minería chilena del cobre y del oro, en el período 2006 – 2010.
Chuquicamata en Viña del Mar
Profundidad:Largo:
Ancho:
1000 mt4.500 mt
3.000 mt
Chuquicamata
Minería de tamaño mundial
Minería de tamaño mundial
Calendario de Puesta en Marcha de Principales Proyectos
Importancia de Chile sobre el cobre
PRODUCCIÓN MUNDIAL COBRE MINA
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
1997
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AÑO
mil
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no CHILE
EEUU
PERÚ
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INDONESIA
% PRODUCCIÓN POR PAÍS DE COBRE MINA
0
5
10
1520
25
30
35
40
AÑO
%
CHILE
EEUU
PERÚ
AUSTRALIA
INDONESIA
Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.
Principales productores de cobre en Chile
Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.
COBRE POR EMPRESAS
0500
1.0001.5002.000
2.5003.0003.5004.000
1997
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2001
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AÑO
mil
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no
CODELCO-CHILE
OTROS PRODUCTORES
Principales productores de cobre en Chile
COBRE POR EMPRESAS, CODELCO
0100200
300400500600
700800
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AÑO
mil
es T
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no Chuquicamata
Radomiro Tomic
División Salvador
División El Teniente
División Andina
COBRE POR EMPRESAS, OTROS PRODUCTORES
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1997
1998
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2001
2002
2003
2004
2005
2006
AÑO
mil
es T
M d
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no
Escondida BHP-Billiton
Collahuasi FALCONBRIDGE
Sur Andes ANGLO AMERICAN
El Abra BARRICK
Candelaria PHELPSDODGE
Los Pelambres ANTOFAGASTAMINERALS
Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.
Minería chilena es más que cobre
Metales AÑO 2006
Cobre (miles de TM de fino) 5.360,8
Molibdeno (TM de fino) 43.277,6
Oro (Kg de fino) 42.100,0
Plata (Kg de fino) 1.607.164,0
Plomo (TM de fino) 672,0
Zinc (TM de fino) 36.238,0
Hierro (TM de mineral) 8.628,2
Manganeso (TM de mineral) 37.169,0
No Metales (TM) AÑO 2006
Carbonato de Calcio 7.145.280,0
Cloruro de Sodio 4.580.471,0
Nitratos 1.111.771,0
Plumicita 1.423.144,0
Recursos Silíceos 1.081.352,0
Yeso 845.331,0
Combustibles AÑO 2006
Carbón (TM netas) 673.744,0
Petróleo Crudo (Metros Cúbicos) 168.701,0
Gas Natural (millones Metros Cúbicos) 2.199,0
Chile, es un actor relevante en el concierto mundial en las reservas, producción y exportación de molibdeno, oro, plata y renio, entre otros productos mineros.
Introducción al proceso del cobre
El cobre se encuentra en Yacimientos, en forma de Minerales de Mina (ROM), formando compuestos o ESPECIES MINERALÓGICAS… “SULFUROS Y OXIDOS”CuFeS2; Cu2S; CuO; Cu2O; CuCO3Cu(OH)2…
Las leyes de Cu de los minerales que ameritan la explotación dependen del precio del metal, con los valores actuales los yacimientos rentables son los con leyes superiores al 0,6%... Dependiendo del proceso a seguir
Malaquita CuCO3Cu(OH)2 Cuprita Cu2OCalcopirita CuFeS2
Tratamiento minerales sulfurados de cobre PIROMETALURGIALos minerales “Sulfurados” – CuFeS2 (calcopirita) siguen la secuencia:
•Beneficio de Minerales: chancado, molienda y separación de la especie. Se obtiene un CONCENTRADO •El CONCENTRADO se Funde, Convierte y Refina para obtener Cobre Refinado – ANODO o Cu RAF (Refinado a fuego): ETAPA TERMOMETALURGICA•El RAF – en la forma de ANODO se ELECTROREFINA para la obtención de CÁTODOS (99,9%Cu)
•En la etapa de Concentración (en el Beneficio de Minerales) , específicamente en la flotación, es posible obtener MoS2 como suproducto. Éste se transforma a MoO3 mediante una tostación oxidante a 800°C. EL MoO3 al refinarse (purificarse) genera otro subproducto relevante… RENIO. CHILE ES EL PRINCIPAL PRODUCTOR MUNDIAL DE MOLIBDENO y no produce Mo metálico… Igual caso con el Renio…•En la etapa TERMOMETALURGICA de tratamiento de los concentrados se elimina el S y Fe de los minerales sulfurados por tratamiento de OXIDACIÓN El azufre es eliminado como SO2 (gas), que debe ser atrapado y transformado en ACIDO SULFURICO para no producir contaminación del aire…•Otro aspecto relevante son los desechos de la etapa de concentración… los RELAVES, que representa más del 95% del todo el mineral molido (tamaño del orden de 20-40 micrones)… Los concentrados representan menos del 5% de todo el mineral molido
Termometalurgia (1250°C)Fusión (Eje - Mata; Metal Blanco)
Conversión por oxidación (Cu Blister)Refinación (Cu RAF, 99%Cu))
Beneficio de Minerales• Chancado (mm)• Molienda (micrones)• Concentración (separación CuFeS2 y MoS2)
Mineral sulfurado ROM Ley 1,2%
Tratamiento MoS2
• Tostación oxidante 800°C (MoO3)• Refinación
Electrorefinación MoO3 refinadoRenio..
SO2 (gas)recuperacióna Planta de H2SO4 (liq)
Relaves (pérdidas Cu y Mo)
Fe3O4
Sale a través deESCORIA con algo
de Cu oxidado
Cu Catódico99,9%
Au, Ag, Te…En planta metales nobles
Importancia de los subproductos
Tratamiento minerales oxidados de cobre HIDROMETALURGIALos minerales que contiene especies oxidadas y algunos sulfuros (tipo
Cu2S calcosita) pueden disolverse “facilmente” al ser atacados por soluciones acusas con ácido sulfúrico disuelto.
Estos minerales siguen el procesamiento:
Chancado (a tamaños del orden de mm) y posterior eventual aglomeración (peletización)LX=LIXIVIACIÓN. Etapa de disolución del Cu. Se obtiene solución acuosa con el cobre disuelto (5 g/l de cobre en solución). Se recupera del orden del 60% del Cu del mineralSX= Extracción por solventes. Etapa de purificación y concentración de la solución acuosa (50 g/l)EW= ElectroWining ó Electroobtención del Cu desde la solución líquida, precipitandola en cátodo. Se obtiene Cu catódico 99,99%Cu
Esta tecnología aún a pesar de las menores recuperaciones es de menor costo… del orden de 25 ¢US$/lb de Cu; versus 45¢US$/lb hasta concentrado y del orden de 20 ¢US$/lb para la termometalurgia y refianción electrolítica.
FORMACIÓN DE PILAS• Chancado (mm)
• Eventual aglomeración• Formación de Pilas, cerros…
LX : LIXIVIACIÓNAtaque de mineral por solución
acuosa con H2SO4 disuelto
Mineral oxidado ROM Ley 0,6%
EW : ElectroWiningObtención de Cu depositado
mediante electrólisis
Descarte de Mineral con Cu
sin disolver
Cu CatódicoElectroObtenido
99,9%
SX : Extracción por SolventesEtapa de purificación de solución acuosa
Precio del cobre y otros metales
Disminución precio del cobre debido a: Aumento de inventarios, baja de la demanda China. Proyecciones lo estiman en 2 US$/lb
Resumen breve del proceso del cobre
Alternativas de procesamiento según tipo de Minerales con leyes sobre 0,6%Cu…
Minerales que contienen CALCOPIRITA (CuFeS2)Beneficio de Minerales (obtiene concentrado: 30-45%Cu)
Termometalurgia (obtiene ánodos)Electrorefinación (obtiene cátodos)
Minerales que contienen “OXIDOS” y Algunos Sulfuros. PROCESAMIENTO HIDROMETALÚRGICO: LX-SX-EW
Conminución (reducción de tamaño).Lixiviación (con súlfuros es con ayuda de bacterias). LXExtracción por Solventes. SXElectroóbtención o Electrowinning. EW
Con ambas alternativas de producción se obtienen cátodos de cobre (99,99%Cu)
Formato de venta del cobre
Importancia de la Minería del Cu
Concepto de Minerales, yacimientos, leyes, estéril, ganga, especies
mineralógicas (fases)…
Valores de Cu, subproductos…
Alternativas de procesamiento en Minería del Cobre…
Objetivo: Involucrarse con temática de curso, disponer del CD, revisar página
WEB con actualizaciones, consultar ayudante…y profesor
Objetivo principal… Aprovechar la instancia del ramo para aprender los
aspectos básicos y en el fúturo GENERAR PROYECTOS EN EL ÁREA
Resumen de temas
Precio-Costo
Metalurgia y Materiales
Segundo semestre 2007
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento Ciencia Materiales
ILC-204 Metalurgia y Materiales
Profesor: Gerardo Hernández A.
E-mail: [email protected]
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