Pirometalurgia Del Cobre

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL METALURGIA ESTRACTIVA “PIROMETALURGIA DEL COBRE” DIEGO GAIBOR

2014-07-15

OBJETIVO DE LOS PROCESOS PIROMETALURGICOS 

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.

ETAPAS DE LA OBTENCIÓN DE COBRE METÁLICO 

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Fusión a Eje o Mata. Conversión del Eje a Blister. Refinación a Fuego.

OBJETIVO DE LA FUSIÓN 

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Lograr mediante calor (1200 a 1400 ᵒC) 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 y Escoria. Formar el Eje principalmente compuesto de Cu2S y FeS, masa líquida de gran peso específico, por lo tanto, se ubica en el fondo del baño. Formar una 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.

CANTIDAD DE EJE PRODUCIDO 

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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. (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 unidad de S).

LEY DE CU EN EL EJE 

La ley obtenida en Cobre varía de 40 a 55% dependiendo del contenido de minerales presentes en la carga de alimentación al horno. Los concentrados de Cu provienen de menas diferentes. La densidad varia entre 4,8 a 5,6 creciendo con el contenido de cobre.

SE AGREGA UN FUNDENTE 

Se agrega sílice, con el objetivo de captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlos en la parte mas liviana de la mezcla fundida (baño).

FORMACIÓN DE ESCORIA 

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Por la mezcla fundida de los minerales de ganga más el fundente agregado. Las reacciones que se verifican por la formación de eje y escoria, pueden resumirse en tres etapas.

GASES PRODUCIDOS 

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Los gases producidos en la fusión son utilizados en las calderas para producir vapor que a su vez generará energía eléctrica a través de turbogeneradores. Los gases SO2 que anteriormente eran evacuados a la atmósfera, a través de las chimeneas se envían a la planta de H2SO4

TIPOS DE HORNOS EMPLEADOS EN LA FUSIÓN   

Horno de reverbero Horno de fusión Flash. Convertidor Modificado tipo Teniente.

HORNO REVERBERO • Es una edificación de gran superficie (250m2) construido con ladrillos

refractarios que se fabrican con materiales especiales resistentes 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”.

PRODUCTOS QUE FORMAN LA CARGA DE HORNO 

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Una mezcla de: Concentrados, precipitados, minerales de fundición directa, escorias de convertidores, fundentes (cuarzo, carbonatos), concentrados de oro y plata. Por la diversidad de los componentes, la carga debe ser calculada y preparada con el fin de obtener el punto de fusión óptimo y evitar el consumo excesivo de combustible. En la mezcla debe conservarse una ley media de Cobre de 30 a 35 % para asegurar que la fusión produzca un Eje rico en Cobre (mínimo 50%)

FUSIÓN FLASH OUTOKUMPU 

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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 punto de evacuación. Los gases generados siguen un tratamiento de recuperación de polvos y de aprovechamiento del calor que se llevan del horno.

VENTAJAS DE LA FUSIÓN FLASH RESPECTO AL REVERBERO VENTAJAS  Bajo consumo de combustible  Alta capacidad unitaria de producción. (4 veces superior)  Entrega concentración alta y constante de SO2 en los gases.  Mayor ley del eje de Cobre. DESVENTAJAS  No se presta para recirculación de escorias de convertidores  Mayor secado de la carga de alimentación

FUNCIONAMIENTO DE UN CMT 

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El CMT es cargado en forma continua concentrado de cobre y sílice por una abertura ubicada en su parte superior. La sílice tiene por objeto captar el hierro contenido en los minerales fundidos y ubicarlo en la parte mas liviana de la mezcla fundida Tiene un sistema de cañerías en el interior, los cuales insuflan aire enriquecido con oxígeno el cual permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado. El hierro forma magnetita que se concentra en la escoria y el azufre forma gases (monoxidos y dioxidos) los cuales, son evacuados a través de la chimenea junto a otros gases, donde son captados en gran parte para producir H2SO4.

ESQUEMA DE UN HORNO CMT

PRODUCTOS DE UN CMT 

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Metal Blanco: que corresponde a la parte más pesada del material fundido y que se ubica en la parte inferior del baño. Contiene 70 a 75 % de cobre. Escoria: Es la parte mas liviana de la masa fundida, la cual se envía a botaderos o a hornos destinados a la limpieza de escorias para recuperar el contenido de cobre que aún le queda.

CONVERSIÓN 

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Mediante la conversión se tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener cobre de alta pureza (Conversión de Eje) Para esto se utilizan hornos convertidores convencionales llamados peirce-Smith, que son cilindros de 4,5 mts de diametro por 11mts de largo, donde se procesan separadamente el eje proveniente del horno de reverbero y el metal blanco proveniente del convertidor CMT. 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 %.

PROCESO DE CONVERSIÓN 

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El eje, 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 al insuflar aire al interior. Primera etapa (Escorificación): La mayor parte del hierro y del azufre del eje se eliminan por oxidación, generando escoria y gases. 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 de Formación de cobre Blister: se desarrolla igualmente mediante la acción de oxígeno soplado.

REFINACIÓN DE COBRE BLISTER 

La refinación a fuego del cobre blister, puede ser parcial o total. En la refinación parcial, se elimina el azufre mediante una oxidación controlada para generar SO 2, y el oxígeno se elimina mediante la reducción por la inyección de un reductor gaseoso, generando CO 2. 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.