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Pirometalurgia del Cobre

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by

José María Perez

on 17 September 2014

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Transcript of Pirometalurgia del Cobre

¿QUE ES?
La pirometalurgia es una rama de la metalurgia extractiva en la que se emplean procesos para obtención y refino o refinación de metales utilizando calor, como en el caso de la fundición.
Pirometalurgia del Cobre
TOSTACIÓN
Consiste en la oxidación parcial de los sulfuros del concentrado y en la eliminación parcial del azufre de éste como SO2 y ocurre según reacciones sólido-gaseosas, a temperaturas de 500 a 800 ºC, dependiendo de los productos que se desea obtener.
OBJETIVO DE LA FUSIÓN
Lograr mediante calor (1.200 a 1.400º C) el cambio de estado sólido de los concentrados y precipitados a una masa líquida.
Este proceso permite la formación de dos fases conocidas como:

Eje o Mata
: Esta formada principalmente por compuesto de Cu2S y FeS, es una masa líquida de gran peso específico, por lo tanto, se ubica en el fondo del baño
Escoria
: Que es una mezcla fundida de minerales de ganga y del fundente agregado. Esta masa resulta de bajo peso específico y se ubica en la parte superior del baño.
Conversión
¿Cuál es el objeto de la Conversión ?

Mediante la conversión de tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener Cobre de alta pureza (Conversión de Eje).
Para esto de utilizan hornos convertidores convencionales llamados Peirce – Smith, que son cilindros de 4,5 mts de diámetro por 11 mts de largo, donde se procesan separadamente el Eje proveniente del Horno de Reverbero.
Este es un proceso discontinuo, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recarga de material.
El Producto final obtenido es el Cobre Blister, que tiene una pureza de 96% a 98%.
Flow Sheet
Fin
Gracias por su atención
Etapas de la Pirometalurgia
CONCENTRACIÓN
TOSTACIÓN
FUSIÓN
OXIDACIÓN DE LA MATA O CONVERSIÓN
AFINO
OBJETIVO
Transformar el cobre contenido en los concentrados, precipitados y minerales de fundición directa (MFD) en cobre metálico y separarlo de otros minerales y metales que constituyen impurezas como : Fe, S, Si, otros.
La fase gaseosa contiene normalmente O2 y SO2 en la alimentación y productos y cantidades menores de gases SO3 y SO2, dependiendo de las reacciones de oxidación.
Factores que influyen en la tostación
Tamaño de los granos del sólido.
Cantidad de aire (caudal).
Profundidad del lecho de arena.
Agitación de la mena.
Temperatura.
Número de hogares y sección de los agujeros de la colada.
HORNOS DE TOSTACIÓN EMPLEADOS

Tostadores de hogares múltiple o wedge.
Tostadores relampago o Flash.
Tostadores de lecho fluidizado.
Hornos Empleados
Ventajas :

Gran capacidad de tratamiento en poco volumen
Funcionamiento sencillo
Economía de combustible (excepto en operaciones reductoras)
Posibilidad de realizar todo tipo de operaciones desde oxidantes a reductoras

Desventajas:
Imposibilidad de tratar cargas pulverulentas
Combustible caro
Perdidas de CO en los gases y dificultad para recuperarlas
Difícil control del proceso de funcionamiento
Necesidad de preparar la carga (tamaño y resistencia mecánica)
Ventajas:

Tratamiento de carga pulverulenta no es necesaria la aglomeración
Empleo de combustible barato.
Control preciso de la temperatura y de las reacciones químicas.
Posibilidad de utilizar escorias con márgenes de composición muy grandes.

Desventajas:

Elevado consumo de combustible.
Para que sea rentable hay que trabajar a gran escala.
Gastos de instalación elevados
Consumo elevado refractario
Puesta en marcha y parada muy lentas
Ventajas:

Posibilidad de trabajar en atmósferas ultrareductoras.
Posibilidad de fundir productos muy refractarios
No es necesario añadir fundentes.
Pérdidas de metales por volatilización pequeña
Instalaciones compactas de funcionamientos sencillos

Desventajas:

El costo de la energía eléctrica
Consumo elevado de electrodos
Consumo de refractarios.
Ventajas:

Bajo consumo de combustible.
Alta capacidad unitaria de producción. (4 veces superior)
Entrega alta concentración y constante de SO2 en los gases.
Mayor ley del Eje de Cobre.

Desventajas:

No se presta para la recirculación de escorias de convertidores.
Mayor secado de la carga de alimentación.
¿ De qué dependerá la cantidad de Eje Producido ?

La cantidad lo determinará el contenido de azufre en la carga del horno.
El cobre presente es el primero que toma el azufre necesario para formar Cu2S. La proporción es aproximadamente una cuarta parte de azufre por unidad de cobre según la formula Cu2S. (126 partes de Cu por 32 de S ).
Después que el cobre presente se haya combinado con el azufre, el resto del azufre se combinará con el hierro para formar FeS. (175 unidades de Fe por 1 unidad de S).
Tipos de Tostación Oxidante:

A Muerte:
las condiciones de temperatura y de aire son tales que el sulfuro se oxida completamente. (Hidrometalurgia).
Parcial:
si realiza con una cantidad menor de oxígeno que la necesaria para oxidar completamente el mineral. (Pirometalurgia).
Sulfatación por Tostado:
las condiciones de temperatura y de aire se controlan de tal manera que al suministrar los sulfuros reaccionan para obtener sulfatos de metal en lugar de óxidos metálicos.
Tostado selectivo:
Si las condiciones de temperatura y del aire se pueden mantener de manera que un aporte mixto de sulfuros (de cobre y de hierro, por ejemplo) reacciona de tal modo que un metal genera un sulfato y el otro origina un óxido
Horno de Reverbero
¿ Cómo es un Horno Reverbero ?

Es una edificación de gran superficie (250 m2) construido con ladrillos refractarios que se fabrican con materiales especialmente resistente a las altas temperaturas.
Se conoce como reverbero porque la llama producida en el encendido del combustible se refleja en la masa fundida con una intensidad de luz variable denominada “reverberación”.
Horno Eléctricos
Horno de Cuba
Horno de Fusión Flash Outokumpu
¿Qué es una Fusión Flash OutoKumpu ?

La fusión Flash se basa en suspender y fundir la carga seca en un flujo vertical u horizontal de aire enriquecido con oxigeno. Para ello la carga preparada (0,2 %) se alimenta por intermedio de un quemador o una “Torre de Reacción”.
El material fundido que se forma en la torre de reacción, se recolecta en la Cámara de Separación , donde el Eje se separa de la escoria por diferencia de pesos específicos al igual que el reverbero.
Tanto la escoria como el Eje son “sangrado” del horno por sus respectivos puntos de evacuación.
Los gases generados durante el proceso avanzan por la Torre de Gases y sigue un tratamiento de recuperación de polvos y de aprovechamiento del calor que se llevan del horno.
¿En que consiste la Conversión ?

El Eje que es una mezcla de sulfuro de cobre, sulfuro de hierro y óxidos de hierro, se procesan en dos etapas bien diferenciadas hasta llegar a la producción de cobre Blister. La eliminación de los metales distintos del cobre en el Eje , se efectúa por la oxidación producida al insuflar aire al interior.
Primera etapa (Escorificación):
La mayor parte del hierro y del azufre del Eje se eliminan por oxidación a la escoria y los gases generados. Las reacciones de oxidación son exotérmicas, por lo tanto, no es necesario adicionar combustible al convertidor.
Luego de la formación de la escoria, ésta debe retirarse.
Segunda etapa Oxidación o de Formación de Cobre Blister:
se desarrolla igualmente mediante la acción de oxigeno soplado.
Afino del Cobre Blister
El cobre se afina recurriendo a:

Procedimiento térmico (afino a fuego).
Electrolisis (afino electrolitico).

Hornos empleados en el Afino a Fuego

El afino del Cu blister se realiza en dos tipos de horno:

fijos similares a los de reverbero.
basculantes similares a los convertidores
La refinación a fuego, por ejemplo del cobre blister, puede ser parcial o total.

En la refinación parcial, se elimina el azufre mediante una oxidación controlada para generar SO2, y el oxígeno se elimina mediante la reducción por la inyección de un reductor gaseoso, generando CO2. El producto es un
cobre que se moldea en forma de ánodos
y se envía a una refinería electrolítica donde se obtendrá finalmente un cátodo de cobre.
Si el cobre es comercializado como cobre RAF (refinado a fuego), es decir, sin pasar por una refinería electrolítica, se debe incorporar una etapa de acomplejamiento, en ésta las impurezas como arsénico, antimonio y bismuto son escorificadas con carbonatos y eliminadas del cobre.
Moldeo de ánodos - Mesa rotatoria
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.

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.

La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por una solución de ácido sulfúrico y agua
La tostación es una preparación aplicable tanto a la extracción pirometalúrgica como hidrometalúrgica, ya que sus fines son diversos en dependencia de la naturaleza del mineral: óxidos, sulfuros, etc, y del reactivo gaseoso utilizado: oxígeno, oxido de carbono, cloruros, pudiéndose distinguir, según sea éste, tres tipos básicos:
OXIDANTE
REDUCTORA
CLORURANTE,
de las cuales la más característica es la primera, realizada sobre sulfuros en presencia de aire.
José María Perez
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