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PROCESOS PIROMETALÚRGICOS Y DIAGRAMAS DE FLUJO EN LA PRODUCCIÓN DE COBRE
FUSION A MATA FUSION DIRECTA A BLISTER
CONVERSIONDISCONTINUA
CONVERSIONCONTINUA
REFINACIONA FUEGO
LIMPIEZA DEESCORIA
Blister EscoriaMata Escoria
Blister Escoria Blister Escoria
Escoria de DescarteMata / AleaciónCu
SECADO
CONCENTRADO DE COBRE
Escoria
Anodos/ RAF
MOLDEO Cu Rechazado
Diagrama de flujo representativo para la flotación de los sulfuros de cobre a partir de los sulfuros de fierro en el que
se indican las etapas de celdas primarias, limpiadoras, depuradoras (recuperadoras) y nueva molienda.
Diagrama resumido de flujo representativo para la producción de concentrados de cobre, plomo, níquel,
molibdeno y zinc a partir de una mena hipotética compleja.
Fundición
Fusión: El concentrado de cobre seco, con una concentración variable de cobre, se somete a procesos pirometalúrgicos en hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el cobre del concentrado es transformado en cobre metálico y se separa de los otros minerales como fierro (Fe), azufre (S), sílice (Si) y otros.
El proceso de fundición se realiza en etapas que son:Recepción y muestreo.Fusión.Conversión.Pirorrefinación.
Fundición
Fusión: El objetivo de la fusión es lograr el cambio de estado que permite que el concentrado pase de estado sólido a estado líquido para que el cobre se separe de los otros elementos que componen el concentrado.
En la fusión el concentrado de cobre es sometido a altas temperaturas (1.200 ºC) para lograr el cambio de estado de sólido a líquido. Al pasar al estado líquido, los elementos que componen los minerales presentes en el concentrado se separan según su peso, quedando los más livianos en la parte superior del fundido, mientras que el cobre, que es más pesado se concentra en la parte baja. De esta forma es posible separar ambas partes vaciándolas por vías distintas.
FUSION CONCENTRADO - PROCESOS EN BAÑO
CONCENTRADO DE COBRE
FUSION
Calcopirita: CuFeSCalcocina: CuS
Impurezas: As, Sb, Bi, Zn, Pb
Metales PreciososAg, Au, Pt
GangaCuarzo: SiO2
Dolomita: CaCO3MgCO3
Aluminatos: SiO2 *Al2O3
MATA:Cu2S-FeS, Fe3O4
As, Sb, Bi, Zn, Pb, Ag, Au, P
Polvo Ducto
Gas Salida
As,Sb,Zn,Pb
SO2, CO, O2
ESCORIASiO2, Fe3O4, CaOMgO, Al2O3, Cu2O
Cu(CuS-FeS), As, SbBi, Zn, Pb.
PROCESO TENIENTE
Pirometalúrgia, son procesos a temperatura
elevada para la producción de
metales
Cerca del 80 de la producción de cobre
provienen de minerales de Cu-Fe-S. Estos minerales, son tratados por métodos
pirometalúrgicos a partir de los
concentrados.
• Fusión en hornos de cubaSe efectúa para minerales sulfurados en trozos y de alta ley. A la actualidad ya no se usa esta metodología al haberse e agotado los minerales de alta ley.La fusión se realiza para la obtención d una mata con ayuda del combustible coque que se introduce en la carga.• Fusión en hornos reverberoLos hornos reverberos de forma paralepipédica con techo ligeramente abombado..Los concentrados de cobre se cargan al horno se funden por acción de la radiación de las llamas y efecto de reflexión del mismo techo.La carga se alimenta por el frente de los quemadores.La temperatura de la flama es de aproximadamente 1550ºC, y los gases de combustión abandona a 1250ºC.La escoria se produce a mensos de 11200ºC.
• Proceso Noranda y el TenienteEstos se clasifican como hornos de toberas. Siendo en realidad grandes hornos convertidores adaptados para la fusión de matas.En estos hornos el concentrado se mezcla y fluye en un baño turbulento Mata/escoria; se oxidan el Fe y el S del concentrado para formar una mata rica, escoria no desechable, y un gas con alto contenido de SO2.En el proceso Noranda, se alimentan, desde el lateral, pellets de concentrado húmedo, sílice y algo de Carbón.Estos hornos son cilíndricos y rotatorios, poseen una línea de toberas a lo largo del horno.En el proceso El Teniente, se inyectan concentrados a la salida de los gases
• Fusión Instantanea (Flash)Es la rapidez del proceso de fusión con un quemador con aire precalentado y enriquecido con oxígeno. Puede ser autógeno.• La tecnología autógena INCO, de fusión instantánea utiliza
concentrados secos.• Proceso Outokumpu, de fusión instantánea, es parecido a un
horno reverbero, que incluye una cámara de reacción, cámara de separación y salida de gases.
• Fusión ciclónica KIVCETHorno de forma parelepípeda con quemador ciclónico, tiene una zona adaptada a horno eléctrico.
• Otros procesos• Proceso Isasmelt, proceso de fusión por lanza puede ser
adaptado a las fundiciones existentes.• Proceso Vanyuok, de tobera sumergida• Proceso Contop, reemplaza la torre de reacción del proceso
Outokumpu, por quemadores ciclónicos con oxígeno.
Se da el nombre de conversión al proceso que consiste en oxidar rápidamente una carga líquida de metales o compuestos metálicos por medio de una corriente de aire a presión. La finalidad es la de separar un metal de sus impurezas en dos fases líquidas.• La afinidad del oxígeno por los diversos
elementos no deseados• La auto combustión del proceso, ya que la
mayoría de las reacciones son exotérmicas.
• La oxidación del FeSFeS + 1.5O2(g) = FeO + SO2(g) ΔH=-463.4 KJ
• Es la oxidación del Cu2SCu2S + 1.5O2(g) = Cu2O + SO2(g) ΔH=-389 KJCu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2(g) ΔH=122.5 KJ
ETAPAS DE LA CONVERSION DEL COBRE
FundiciónPirorefinación: Este es un proceso especial que se aplica en algunas fundiciones, como en la fundición de Caletones, donde el cobre blister es sometido a un proceso final de refinación en un horno basculante, mediante la introducción de troncos de eucaliptus. En este caso, la ignición de la madera permite captar el oxígeno que contiene el cobre blister como impureza y lo transforma en anhídrido carbónico (CO2), que es liberado a la atmósfera. De esta manera, la pureza del cobre se incrementa a 99,7% y el producto se denomina cobre RAF (refinado a fuego).Mediante la pirorefinación o refinación a fuego se incrementa la pureza del cobre blister obtenido de la conversión. Consiste en eliminar el porcentaje de oxígeno presente el este tipo de cobre, llegando a concentraciones de 99,7 % de cobre.
Fundición
Electrorefinación: Mediante la electro refinación se transforman los ánodos producidos en el proceso de fundición a cátodos de cobre electrolítico de alta pureza.
Este proceso de electrorrefinación se basa en las características y beneficios que ofrece el fenómeno químico de la electrólisis, que permite refinar el cobre anódico (ánodo) mediante la aplicación de la corriente eléctrica, obteniéndose cátodos de cobre de alta pureza (99,99%), los que son altamente valorados en el mercado del cobre.
La electrorrefinación se realiza en celdas electrolíticas, donde se colocan en forma alternada un ánodo (que es una plancha de cobre obtenido de la fundición), y un cátodo, (que es una plancha muy delgada de cobre puro), hasta completar 30 ánodos y 31 cátodos en cada celda.
ELECTROREFINACION DEL COBRE
El proceso de electro refinación electrolítica consiste en que el metal impuro llega como ánodo soluble y se disuelve electrolíticamente, mientras que en el cátodo se deposita el metal refinado de alta pureza en forma simultanea. Las impurezas quedan disueltas en el electrolito y otros precipitan al fondo formando los lodos anódicos. El caso del cobre es el más notable, ya que prácticamente todo el cobre mundial que se utiliza industrialmente en la actualidad requiere del grado de pureza electrolítico.
ELECTROREFINACION DEL COBRELa purificación o refinación tiene lugar solamente cuando las impurezas menos nobles que el metal principal pueden ser disueltos en el ánodo y los metales mas nobles que el metal principal pueden ser reducidos en el cátodo por la aplicación del potencial de la serie electroquímica .
Para el caso del cobre, todos los elementos por encima del cobre como: la plata, selenio, oro, platino, no se disuelven en el ánodo, por lo tanto caen al fondo de la celda, constituyéndose en el lodo anódico entre otros elementos
Ánodo
Parámetro Electrorefinación ElectroobtenciónAnodos Soluble:cobre impuro Insoluble: Aleación de Pb
Catodos Hoja inicial (proceso tradicional)
Hoja inicial (proceso tradicional) o Acero inoxidable
(proceso ISA)Fuente de cobre Anodos de cobre impuro Solucion de LIX-SX
Cu 40-50 (g/l) 40-45 (g/l)H2SO4 150-200 (g/l) 160-180 (g/l)
Temperatura 60-65 ºC 40-45 ºCBarro anódico Au, Ag, Se, Te, etc.. No hay
Densidad de corriente 250-320 (A/m2) 280-340 (A/m2)Eficiencia 90-97% 70-85%
Voltaje por celda 0,2 - 0,4 V 1,8 - 2,2 VEnergía consumida 280-390 (kWh/ton Cu) 1800-2000 (kWh/ton Cu)
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