PIROMETALURGIAI

Oscar Aguilera 1 semestre 2012

• CONVERTIDOR TENIENTE

• REACTOR NORARDA

• AUSMELT – ISASMELT

• PROCESO MITSUBISHI

FUSION EN BAÑO

CONVERTIDOR TENIENTE

El convertidor Teniente es una tecnología desarrollada en la fundición decaletones de Codelco – Chile. Esta clasificado como un proceso de fusiónen el baño, con uso extensivo de oxígeno. Las potencialidades de estatecnología están basadas en su altonivel de fusión autógena de concentrados de cobre, una gran capacidad deconversión, y una alta y estable concentración de SO2 en los gases de salidacon un bajo arrastre de material partículado.

CONVERTIDOR TENIENTE

El horno tiene forma cilindrica, de 5 m de diámetro por 22 m de largo,dispuesto en posición horizontal y revestido por ladrillos refractarios ensu interior. Este horno está montado sobre un sistema de cremallerasque le permiten bascular. El modo de funcionamiento consiste en quees cargado en forma continua con concentrado de cobre (inyectado albaño fundido) y sílice (por una abertura ubicada en su parte superior).La sílice tiene por objeto captar el hierro contenido en los mineralessulfurados fundidos y concentrarlo en la escoria

CONVERTIDOR TENIENTE

ESCORIA

METALBLANCO

SALIDA DEGASES

CONC.SILICECarga Fría

GARR-GUNAIRE

ALIMENTADORES

BOCA

AIRE+OXIGENO

TOBERAS

CAMPANA

¿CÓMO FUNCIONA UN CT?

� EL CT es cargado en forma continua concentrado de Cobre y Sílice

� La Sílice tiene por objeto captar el hierro contenido en los mineralesfundidos y ubicarlo en la parte mas liviana de la mezcla fundida.

� Tiene un sistema de cañerías en el interior, los cuales insuflan aireenriquecido con oxígeno el cual permite la oxidación del hierro y delazufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado.

� El hierro forma magnetita que se concentra en la escoria y el azufreforma gases (monóxidos y dióxidos) los cuales, son evacuados a travésde la chimenea junto a otros gases, donde son captados en gran partepara producir H2SO4.

ESQUEMA DE UN CONVERTIDOR TENIENTE ( CT )

Alimentación húmeda: •Carga Fría•Fundente (Cuarzo)•Carbón

Gases

Aire y oxígeno

Metal Blanco75% Cu

Escoria

Toberas Inyección Concentrado Seco

Concentrado inyección

Toberas Aire Soplado

ESQUEMA DE UN CONVERTIDOR TENIENTE ( CT )

¿CUÁLES SON LOS PRODUCTOS DE UN CT ?

� Metal Blanco : corresponde a la parte más pesada del material fundidoy que se ubica en la parte inferior del baño. Contiene 70 a 75 % decobre.

� Escoria : es la parte mas liviana de la masa fundida la cual se envía abotaderos o a hornos destinados a la limpieza de escorias pararecuperar el contenido de cobre (6-8%) que aún le queda.

COMPONENTES PRINCIPALES

Garr-Gun: utilizado sólo para el ingreso de fundente, carga fría y carbón coke congranulometrías entre ½ a 11/2 pulgadas.

Toberas de aire de proceso (soplado).Las toberas de aire de proceso permiten ingresar el oxígeno necesario para queocurran las reacciones de fusión conversión con el concentrado. Las toberas son de 21/2 pulgadas de diámetro, estan distribuidas en grupos llamados paños

Toberas de inyección de concentrado seco.Las toberas de inyección de concentrado seco permiten el ingreso del concentradoseco dentro, su diámetro estándar es de 31/2 pulgadas. las toberas de inyeccióngeneralmente se distribuyen a lo largo del convertidor a la misma altura de las toberasde aire de soplado, específicamente su ubicación se encuentra entre cada paño.

COMPONENTES PRINCIPALESPlaca y pasaje de metal blanco.El pasaje de metal blanco es el orificio por el cual se evacua la fase rica en cobre(metal blanco), se ubica en la culata opuesta a la sangría de escoria, su posiciónrespecto a la altura está a a una altura variable en el centro del Convertidor y susdimensiones son de 3 pulgadas de alto por 2 pulgadas de ancho.La placa de metal blanco es el elemento que permite dirigir el flujo de metal blancohacia fuera del Convertidor. Generalmente esta es refrigerada por serpentinesinternos con agua, su diámetro estándar es de 3 pulgadas, su ubicación está fueradel convertidor y su cambio es de fácil manejo.

Boca del Convertidor Teniente.La boca del Convertidor Teniente, esta diseñada para la evacuación de los gasesgenerados en el proceso, el área es aproximadamente de 10 m2, su ubicación seencuentra al extremo opuesto al pasaje de metal blanco.

COMPONENTES PRINCIPALESCampana y tren de gasesLa campana de gases permite al convertidor captar los gases generados en elproceso, y enviar éstos a Planta de Acido.El tren de gases está compuesto de una serie de equipos, los cuales preparan losgases en temperatura y calidad para ser enviados a Planta de Acido.

Existen diferentes equipos anexados al tren de gases:Cámara de Enfriamiento, Enfriador Radiante, estos equipos tienen como funciónprincipal disminuir la temperatura del gas.

El PrecipitadorElectrostático, el cual tiene como función principal captar lospolvos que arrastra el gas del proceso fusión -conversión.

Los ventiladores de tiro inducido (VTI), su función es impulsar los gases deproceso a Planta de Acido.

FISICOQUÍMICA FUSIÓN CT

Los puntos A, B y C en la Figura representan lo siguiente:

A es un eje con un contenido de cobre del orden de 50 % (por ejemplo, de unHorno de Reverbero),

B es un eje de alta ley con un 70 % Cu (por ejemplo, “metal blanco” de unCT).

C representa el equilibrio Blister -Metal Blanco a lo largo de toda la laguna deinmiscibilidad del sistema binario Cu-Cu2S a la temperatura del proceso deconversión, es decir, lo que en este diagrama se representa por el punto C , esuna cónoda en el sistema binario Cu-Cu2S.

Diagrama de potencial O2-S para sistemas de Cu-Fe-SiO2- a 1300

FISICOQUÍMICA FUSIÓN CTAún cuando los concentrados sulfurados de cobre contienen diversos componentesmineralógicos, las reacciones características para representar la fusión a mata son lassiguientes:

1.-CuFeS2(concentrado) + ½O2(aire y oxígeno) = (½Cu2S+ FeS, eje líquido) +½SO2(gases)2.-FeS2(concentrado) + O2(aire y oxígeno) = FeS(l, eje) + SO2(gases)3.-FeS(concentrado, eje) + 3/2 O2(aire y oxígeno) = FeO(l) + SO2(gases)4.-2 FeO(l) + SiO2(fundente) = 2FeOSiO2(escoria)5.-3 FeO(l) + ½ O2(aire u oxígeno) = Fe3O4(escoria y eje)

Las dos primeras reacciones se denominan de combustión del azufre pirítico delconcentrado, definiendo como tal todo el azufre en exceso sobre laestequiometríaCu2S–FeS.

La tercera reacción, de oxidación del FeS(producto de las dos primeras reacciones másel contenido en el concentrado), es la que presenta un mayor aporte de calor al proceso.Además, el grado de reacción de la oxidación del FeS determina la ley del eje a obtener.

FISICOQUÍMICA FUSIÓN CT

Aún cuando los concentrados sulfurados de cobre contienen diversos componentesmineralógicos, las reacciones características para representar la fusión a mata son lassiguientes:

1.-CuFeS2(concentrado) + ½O2(aire y oxígeno) = (½Cu2S+ FeS, eje líquido) +½SO2(gases)2.-FeS2(concentrado) + O2(aire y oxígeno) = FeS(l, eje) + SO2(gases)3.-FeS(concentrado, eje) + 3/2 O2(aire y oxígeno) = FeO(l) + SO2(gases)4.-2 FeO(l) + SiO2(fundente) = 2FeOSiO2(escoria)5.-3 FeO(l) + ½ O2(aire u oxígeno) = Fe3O4(escoria y eje)

La cuarta reacción es la de formación de escoria entre el FeO y la sílice del fundente.

La quinta y última reacción representa la oxidación parcial del hierro a magnetita, laque es inevitable pero a su vez controlable mediante la adecuada dosificación delfundente.

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN CONVERTIDOR TENIENTE

Control de la ley de cobre en el metal blanco y coeficiente de oxígeno.La definición de la ley de cobre en el metal blanco depende, de los objetivos y ladistribución de equipos en la fundición en particular, el valor más común usado es74 %. Por lo tanto el objetivo de la operación debe apuntar a obtener este producto.Para ello el metalurgista debe identificar la calidad química y mineralógica delconcentrado a fundir, además de los distintos materiales secundarios a procesar. Demodo de calcular la cantidad necesaria de oxígeno que debe suministrar al sistemapara llevar las reacciones hasta la ley de metal blanco antes mencionada. Esimportante definir que dentro de este cálculo se debe considerar la eficiencia deoxígeno del proceso, la que depende del equipo en particular y las condiciones deentorno, como por ejemplo, nivel de sumergencia en el baño de las toberas,presiones de aire enriquecido en las toberas, niveles de líquidos, etc.

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN CONVERTIDOR TENIENTE

Control de la ley de cobre en el metal blanco y coeficiente de oxígeno.

Otro parámetro importante es el Coeficiente de Oxígeno el cual define la cantidadde oxígeno a agregar por toneladas de concentrado fundido. Cabe hacer notar queeste parámetro depende directamente de la calidad química y mineralógica delconcentrado a fundir y es útil para el cálculo rápido de la cantidad de oxígenonecesaria de introducir al proceso.

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN CONVERTIDOR TENIENTE

Calidad de escoriasla calidad de las escorias la determina la razón Fe/SiO2,, el metalurgista debe definir sise va a trabajar en la zona de saturación con Sílice o con magnetita, esta definición espropia de la fundición en particular, los valores más comunes usados están entre 1,3 a1,8. El control principal que se realiza en la escoria es sobre la Magnetita, la que nodebe superar valores de 18 -25 %, esta especie depende principalmente de lospotenciales de oxidación del proceso, es decir, para una mayor ley de metal blanco(mayor a 74 %) mayor es el valor de la magnetita esperado en la escoria y por lo tantoes más difícil su control.

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN CONVERTIDOR TENIENTE

Pérdidas de cobre en las escoriasLa magnetita está directamente ligada a las pérdidas de cobre en las escorias, productode que a altos valores de magnetita aumenta la viscosidad de éstas, por lo tanto, lazona líquida en el ternario se ve reducido, es decir, para trabajar a valores mayores que18 % en Fe3O4 en las escorias, el proceso debe de aumentar la temperatura por sobre1250 º C para que estas sigan siendo líquidas y su viscosidad no aumente, debido aque, si no se aumenta la temperatura el arrastre físico de cobre aumenta. Cabe hacernotar que al trabajar con escorias por sobre 18 %, se debe trabajar con temperaturasmayores a 1250 ºC, esto provoca daños en la mampostería refractaria del interior delConvertidor y pasajes de sangría de escorias y metal blanco,como además de las placasespecialmente la de metal

21

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1988

1992

2000

2004

2006

Concentrado Fundido, tpd

AutógenoConc. Seco sin Eje

EnriquecimientoOxígeno 33 a 35 %

InyecciónConcentradoFase Densa

InyecciónConcentradoFase Diluida

ProyecciónEnriquecimiento

Oxígeno 35 a 37 %

CT CALETONES (5x22 m)

ProgramaTecnológico

CT

Evolución Tecnológica CT

22

Convertidor Teniente

REACTOR NORANDA

� El horno Noranda es un cilindro de acero horizontal recubierto pordentro con un refractario de magnesia-cromo de aproximadamente 0,5m de espesor (Norsmelt, 2002). Los hornos industriales son de 4,5 a 5,5m de diámetro y de 18 a 26 m de largo. Tienen 35 a 65 toberas (5 o 6 cmde diámetro) a lo largo del horno,

CONSIDERACIONES REACTOR NORANDA

(a) inyectar continuamente concentrado seco por toberas

(b) alimentar continuamente concentrado húmedo, fundente, material retornado, chatarra y carbón o coque.

(c) soplar continuamente aire enriquecido con oxígeno (30 a 45 % en volumen de O2, a 1.4 atmósferas) a través de toberas en la capa de mata fundida del horno.

(d) extraer continuamente gas efluente por una boca grande y una capucha en la cima del horno

(e) sangrar intermitentemente mata y escoria.

(f) cargar intermitentemente escoria fundida reciclada del convertidor por la boca del horno.(en desuso debido a la emisión de gases) ; actualmente se carga escoria fria por Gar-Gun

WHITE METAL (3,5% Fe)

AIR + OXYGEN

SLAG

DRY CONCENTRATE

GASES

REACTOR NORANDA

SLAG

WHITE METAL

HUMID CONCENTRATE, MELTING, CIRCULTING, COAL, AIR

STREAM WHITE METAL

REACTOR CONTINUO ALTONORTE

ZONA DE TOBERAS

ZONA DE TOBERAS

AUSMELT - ISASMELT

El horno de fusionAusmelt o Isasmelttiene forma cilíndricaalineado verticalmentedimensiones: 3.5 m dediámetro y 12-14 m dealto

Gases y Humos (a limpieza de gases)25% vol, SO2.

AireCombustible

(carboncillo, petróleo o gas)

ConcentradoCarbón

FundenteMaterial de reciclo

Lanza

Baño agitado

Reactor estacionario

Producto fundido (mezcla Mata/escoria a horno de separación

REACTOR ISASMELT O AUSMELT

OPERACIÓN ISASMELT

� El aire, oxígeno y el combustible se inyectan a través de la lanza a un baño deescoria fundida. Los materiales inyectados reaccionan con las materias primasproduciendo una escoria y una mata de cobre.

� Preparación de la cargaLa preparación de la alimentación se limita generalmente a la mezcla de

materias primas (concentrado, fundentes y carbón) con algo de agua en unmezclador o peletizador. La alimentación húmeda se transporta al horno y esalimentada por gravedad a través de una abertura ubicada en el techo de este.

� Lanza De InyecciónLa lanza está especialmente diseñada para funcionar en el ambiente agresivodel horno. La lanza de acero se desgasta lentamente gracias a su diseñoespecial. Forma una capa de escoria sólida en su exterior que la protege. Lalanza es remplazada (en un periodo de semanas) para ser sometida a unmantenimiento menor que incluye el remplazo de una pequeña parte de lapunta. La lanza está diseñada para operar con aire a baja presión (<150kPa), loque reduce el costo en los sistemas de soplado.

La lanza vertical emplazada en el centrodel horno inyecta aire, oxígeno ycombustible en el baño liquido. La lanzase emplaza de manera tal que solo lapunta esté sumergida en el baño deescoria líquida. La mezcla de aire,oxígeno y combustible que se inyecta porla lanza agita el líquido violentamente.Esta agitación asegura una reacción muyrápida entre la alimentación y el oxígeno.Una capa solidificada de escoria en laparte exterior de la lanza protege esta delambiente agresivo del horno. Durante elproceso de fusión el nivel de líquido en elhorno puede aumentar y disminuir. Adiferencia de una tobera, la lanza sepuede elevar o descenderautomáticamente de modo que su puntasiempre esté ubicada en el mejor lugar.

a) La tubería exterior penetra 0,3 m en el baño.

OPERACIÓN ISASMELT

� Sistema De Gases De Proceso

Los gases de proceso provenientes de las reacciones en el bañopasan a través de una salida en el techo del horno al sistema detratamiento de gases, que generalmente consiste de un caldero decalor residual seguido de un equipo convencional de limpieza degases. Luego de esto los gases de proceso con un alto contenido deSO2, son tratados en una planta de ácido sulfúrico para retirar elazufre antes de su descarga a la atmósfera. Manipulación DeProductos

� Los productos líquidos del horno son extraídos a través de un orificiode colada enfriado al agua ubicado en la base del horno. Lasdiferentes fases liquidas generalmente son separadas en un horno deretención antes de continuar con el tratamiento.

Los productos líquidos del procesode fusión ISASMELT se sangran porla parte inferior del horno a través deun orificio de colada enfriado poragua.El sangrado del horno se realiza conla ayuda de una maquinasemiautomática de sangrado. Elhorno se puede sangrar de maneraintermitente o continua.Los productos líquidos fluyen a unhorno de retención, donde la mata ometal se separa de la escoria

OPERACIÓN ISASMELT

� El aire del proceso se enriquece a un contenido de 50% - 65% de oxígeno.

� Concentración de SO2 de gases Horno 26%

� El principal producto del horno es una mezcla de mata/escoria. Estees vertido en un horno de retención o en un un horno eléctrico. Elproducto después del asentamiento es 60% Cu en mata y 0.7% Cu enescoria.

� Los ladrillos refractarios utilizados para revestir el armazón del hornoson de cromo magnesita de alto grado y no se les aplica enfriamientode agua. El horno puede funcionar por alrededor de 3 años antes deque sea necesario hacer cualquier tipo de reparación al materialrefractario.

PARAMETROS GENERALES

Altura total 70 m

Altura Horno 14 m

Peso 70 t

PROCESO MITSUBISHI

� El proceso Mitsubishi permite la producción directa a cobre blister, yha sido practicada desde 1981 en la fundición de cobre de Kidd enTimmins, Ontario. También se emplea en Naoshima, Japan; Onsan,Korea; Port Kembla, Australia; y Gresik, Indonesia.

� Los minerales sulfurados de cobre son tratados normalmente en dosetapas: la etapa de fabricación de eje y escoria, y la etapa de conversión,en la cual se produce cobre blister. Aunque las reacciones químicas enambos procesos son de oxidación, existe una significativa diferenciadel poder de oxidación empleado en cada una.

PROCESO MITSUBISHI

Para asegurar una alta recuperación de cobre, la etapa de fusión es menosoxidante, mientras que para asegurar la remoción de todo el hierro yazufre la etapa de conversión es más oxidante. Esta distinción en el poderde oxidación de las reacciones hacen que cada etapa se realice en hornosseparados.

El proceso Mitsubishi es entonces un sistema continuo compuesto por treshornos: un horno de fusión (S Furnace) seguido de un horno de limpiezade escoria (CL Furnace) y finalmente un horno de conversión (C Furnace). El traspaso al horno de ánodos también es continuo y finalmente unaetapa de moldeo de ánodos seusa para producir ánodos de cobre.

En la conversión se introduce un fundente de caliza. (escoria ferriticas) lade escoria de conversión, es enfriada y granulada con agua y reciclada alhorno de fusión.

PROCESO MITSUBISHI

� Los materiales fundidos dejan el horno por flujo continuo o por sifón, y son transportados por gravedad al siguiente horno mediante canaletas, eliminando completamente las ollas, los gases fugitivos de las ollas, grúas, etc.

PROCESO MITSUBISHI

65-70%Cu

PROCESO MITSUBISHI

UNIDAD IV: CONVERSIÓN

CONVERSIÓN MATAS DE COBRE

La conversión es un proceso que tiene porobjetivo eliminar el hierro, azufre y otrasimpurezas desde la mata o eje (compuestaspor Cu2S y FeS e impurezas enconcentraciones menores). produciendo uncobre metálico no refinado denominado blister

Blister: 98,5 - 99,5%Cu (0.3% a 0.5% de S).

Semiblister contenidos de cobre de 98% cu, y S~1%,

CONVERSIÓN TRADICIONAL

La conversión tradicional se realiza en reactores cilíndricos llamadosconvertidores Pierce-Smith (CPS) los cuales procesan el eje proveniente delHorno Flash (60 a 62% de cobre) o el metal blanco proveniente delconvertidore Teniente (74 a 76% de cobre) o reactor Noranda.

la conversión consiste en una oxidación secuencial de los compuestos queel eje. Esta oxidación comienza con una primera etapa formadora de escoria yotra productora de cobre blister. La conversión de mata industrial de cobreentrega como producto final cobre ampollado o blíster

Conversión Tradicional se desarrolla en dos etapas sucesivas, conocidas como :

“soplado a escoria”

“soplado a cobre”.

SOPLADO A ESCORIA

i) Oxidación de la pirrotita del eje

FeS(l ) + 3/2O2(g) = FeO(l ) + SO2(g)

ii) Fijación de la wüstita produciendo fayalita

2FeO (l) + SiO2 (s) = 2FeO · SiO2

iii) Oxidación de la wüstita a magnetita

3FeO (l) + 1/2O2(g) = Fe3O4 (s)

En esta etapa se oxida el sulfuro de fierro (FeS) el cual pasa a la escoria en forma de FeO y Fe3O4. La escoria es retirada como fayalita (2FeO SiO2) por etapas a lo largo del soplado a escoria.

SOPLADO A COBRE

Oxidación de azufre asociado al cobre

CuS0.5(l) + 1/2O2(g) = Cuº(l) + 1/2SO2(g)

También se produce otra reacción

� 2CuO0.5(l) + CuS.0,5(l) = 3Cu (l) + 0.5SO2(g)

En el soplado a cobre se oxida el azufre asociado al cobre (Cu2S ),formando un cobre impuro denominado blister

CONVERTIDOR PEIRCE-SMITH

ORÍGENES

•1909 Peirce-Smith Revestimiento de un cilíndro con sílice

DIMENSIONES

•Diámetro 4,5 m

•Largo 13.5 m

22,NSO

SÍLICE

S)Fe,(Cu,

74% Blanco Metal

62% FLASH EJE

de ollas

Cu LEY

22,NSO

S)(Cu,

79% Cu2S

Cu LEY

O)CaO,S,Fe,(Cu,

25% ÓXIDOS

Cu LEY

22, NO 22,NO O),SiOS,Fe,(Cu,

15% -10 ESCORIAS

Cu LEY

2

ETAPA DE SOPLADO A

ESCORIA

ETAPA DE SOPLADO A

COBRE

Análisis del Soplado a Escoria

2/3{FeS} + (O2) = 2/3{FeO} + 2/3(SO2) ∆∆∆∆G°T = -86000 + 13.55T

Etapa de generación de gran volumen de escoria. La energía libre de Gibbsasociada a la reacción es muy negativa, lo que garantiza gran espontaneidad.

La cinética de la reacción en la interfase G-L es muy favorable ����

+∆=∆

23/2

3/22

3/2

)(OFeS

SOFeOOTT

pa

paRTLnGG

Introduciendo las sustituciones del análisis y los supuestos formulados se tiene:

++−=∆

FeS

FeOT a

aRTLnTG

3

2)55.1386000(

Como la aFeS es aproximadamente constante al comienzo del proceso ∆∆∆∆GT

prácticamente coincide con ∆∆∆∆G°T, sin embargo, a medida que se desarrollael proceso la aFeS decrece haciendo con ello menos negativo el valor de ∆∆∆∆GT.

SOPLADO A ESCORIA)()()(5.1)( 22 gSOlFeOgOlFeS +=+)(2)()(2 22 lSiOFeOsSiOlFeO ⋅=+

)()(5.0)(3 432 sOFegOlFeO =+

Análisis del Soplado a Blíster

{Cu2S} + (O2) = 2{Cu} + (SO2) ∆G°T = -51970 + 6.22TLogT – 11.47T

Con un análisis similar al del primer soplado se tiene:

+∆=∆

22

22

)(OSCu

SOCuOTT

pa

paRTLnGG

Introduciendo las sustituciones y los supuestos se tiene:

( )SCuT aRTLnTTTG 2)47.11log22.651970( −−+−=∆

Como aCu2S decrece apreciablemente hacia el final del soplado a blister, ∆∆∆∆GT se hace drásticamente menos espontáneo.

)()(2)()( 222 gSOlCugOlSCu +→+

SOPLADO A COBRE

)()(5.0)(2 22 lOCugOlCu →+

VACIADO ÓXIDO

COMPOSICIONES

EQUILIBRIO Cu2O,

Diagrama de Ellingham

Las reacciones presentan una claraseparación en el diagrama ���� verselectividad del soplado a escoria

Cuando XFeS es muy pequeña, secruzan las rectas de ∆GT, lo quegarantiza una buena eliminación deFeS en la primera etapa

Sólo para valores muy pequeños deXCu2S los valores de ∆∆∆∆GT se hacenpositivos. Lo que garantiza laposibilidad de eliminar bien elCu2S del cobre blister

FASES PRESENTES EN LA CONVERSIÓN

Gas: Se ha supuesto ideal por lo que es termodinámicamente conocida. Laspresiones de operación al interior de un convertidor oscilan entre 1 y 2 atm.

Escoria: No difiere significativamente de las obtenidas en fusión. Escoria fayalítica(20 a 30% sílice) con contenidos menores de CaO. las fuertes condiciones oxidantesen la operación ���� niveles significativamente mayor de <Fe3O4> ( hasta 20%).La turbulencia de la operación ���� pérdidas de cobre mayores (hasta 15%)mayoritariamente como cobre atrapado mecánicamente. Estas escorias arrastrancantidades no despreciables de óxidos de los refractarios.

Metal Blanco: No es metal es un sulfuro (Cu2S) y no es blanco es grisáceo enestado sólido. Es una solución líquida con solvente Cu2S y concentraciones variablesde impurezas (FeS y otros sulfuros, e impurezas vistas en el mata). Solución líquidaiónico-covalente con iones de Cu+ y S= coexistiendo en agrupaciones Cu+-S=-Cu+

que tratan de formar grupos semi-moleculares. Estos grupos normalmentepresentan una deficiencia en azufre, Cu2S1-X.

Cobre blister: Corresponde a una solución atómica metálica diluida. Debidoa la naturaleza del proceso la presencia de impurezas es inevitable.

En primer lugar aparecen los elementos del VIA y VA (O, S, Se, Te, As, Sb, Bi);también se hayan los elementos del grupo VIII � triadas del Fe (Fe-Ru-Os), delCo (Co-Rh-Ir) y del Ni (Ni-Pd-Pt).

En estado líquido el blister es una mezcla eutéctica constituida por una soluciónsólida en la que están disueltos en el cobre los metales nobles y pequeñascantidades de otros elementos.

Cu Fe S O As Bi Pb Sb Zn Au Ag

98.5-99.5 0.1 <0.5 0.5-0.8 <0.3 <0.01 <0.1 <0.3 0.005 <0.01 0.01

Composición porcentual del cobre blister

FORMACIÓN DEL BLISTER

Cuando recién se inyecta aire al Cu2S, el azufrese elimina como SO2 ���� metal blancodeficiente en azufre pero no cobre metálico. Lareacción total para este paso tiene lugar hastael punto b a 1200 ºC.

Aire posterior causa la aparición de unasegunda fase líquida, el cobre blister quecontiene 1.2 % de azufre (punto c). La fasemetálica de blister, es más densa que el Cu2S���� sedimente en el fondo del convertidor.

Región de inmiscibilidad

Con el tiempo el sistema se vuelve tandeficiente en azufre que la fase sulfurodesaparece y sólo permanece el cobre blister(punto d). El azufre final se elimina por unainyección adicional de aire y se debe tenercuidado de que el cobre no sea sobre-oxidadoa Cu2O.

SCu2

Diagrama de potenciales de O 2 y S2 de la conversión

Permiten la localización de áreas de estabilidad de un determinado participante

La laguna de inmiscibilidad del binario Cu-Cu2S aparece como una línea vertical quesepara el área de predominancia del Cu y delCu2S.

La laguna de inmiscibilidad del binario Cu-Cu2O es la línea horizontal que separa lasáreas de predominancia del Cu y del Cu2O.

La línea curva de separación de fasescorresponde a la saturación del Culíquido con la solución líquida deoxisulfuro

El Cu2O y el Cu2S son completamentemiscibles ���� no hay separación de fasesen la región líquida (por cual la recta esirreal) ���� región del oxisulfuro líquido

1300 ºC

La conversión de Cu procede según laisóbara pSO2 = 0.1 atm, ���� la región delCu2O se alcanza luego de cruzar el área depredominancia del blister.

La mata se carga por una abertura y se inyectaaire al interior de la mata por unas toberas a lolargo del reactor.

Además, de alimentar la mata y el escorificante (en intervalos), se retira las fases condensadas escoria y blister.

En la alimentación y vaciado de productos, elreactor se gira sobre su eje mediante unasbandas de rotación, hacia delante

Durante el soplado la posición de la boca eshacia arriba y bajo una campana de humos(extrae el gas y polvo).

Típicamente tienen 4 m φφφφ por 9 m delargo. Son de una carcasa de acero de 4-5cm de espesor recubiertos interiormentecon 25-75 cm de refractario de Cr-MgO.

Los caudales de soplado son de 500-700Nm3/min a través de 40-50 toberas de 4-6cm φφφφ. Las toberas requieren de punzadopara mantenerlas limpias

Convertidor Peirce Smith

Punzado mecánico tipo Gaspé y punzadoautomático para cada tobera.

Uso de toberas de 19 mm con presión desoplado de 60 psig. Estas toberas puedenoperar ~3 meses sin obstrucción.

Aire con 28% de O2 elimina la formación deacreciones alrededor de la tobera.

Innovaciones en la conversión

CONVERTIDOR MITSUBISHI

CONVERTIDOR INSPIRATION

CONVERTIDOR HOBOKEN

VISTA GENERAL CONVERTIDORES

CARGUÍO DE UN CONVERTIDOS PS

PROCESOS DE CONVERSIÓN CONTINUA

�El proceso Outokumpu (Flash Converting)

�El proceso Noranda (convertidor continuo noranda)

�El convertidor mitsubishi

�El Isaconvert

CONVERSION CONTINUA FLASH CONVERTING

FUNDICION KENNECOTT UTAH COPPER

DATOS DE OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR FLASH

Cu % Fe % S % CaO %

Mata HF

70 8 20.7

Escoria CF

20 40 ~ 20

Blister 98,5 0,2

DATOS DE OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR FLASH

� Tasa de alimentación de eje HF ~ 68 t/h� Enriquecimiento en O2 de gas de reacción – 75-85 %� Temperatura de la escoria – 1250-1270 °C� SO2 en gas de salida de CF – 35-40 %� Proporción de tiempo en operación - ~ 80 %

LOS FACTORES QUE MÁS AFECTAN LA OPERACIÓN DEL CF

� a) Reparación de pasajes de blister;

� b) Limpieza de la torre de salida de gases, caldera y otros equipos de limpieza de gases.

Ventajas Desventajas� Disminución de emisiones

Gases (captura > 98%) Material particulado�Disminución consumo Combustible (alto %O2)�Independencia etapas de fusión y conversión�Alto enriquecimiento SO2

�Elevado costo de inversión (~ 130 M USS).

�Alta corrosión del refractario �Corrosiva particularmente en el settler del FCF�Corrosión evitada por la creación de una capa “aislante” de 2CaO•SiO2 que se adhiere al elemento refrigerante.

�Alto contenido de cobre en la escoria (15- 23%)�Pérdidas energéticas por solidificación de la mata �No permite recircular escorias liquidas

Escorias Calcio ferríticas

�Bajo contenido de arsénico en blister�Gran solubilidad de magnetita�Permite trabajar en un mayor rango de potencial de oxígeno�Buena fluidez�Absorbe impurezas como As, Sb…no así Pb.

PRODUCCIÓN CONTINUA DE BLISTER

� La tecnología HF-CF es la segunda que produce blister en forma continua.

� La conversión flash de mata sólida del HF permite la operación independiente del CF.

� La fundición de Utah es la primera con una sola línea productiva capaz de tratar sobre 1,000,000 t de concentrado por año, con captura de S sobre 99.9%.

VISTA EXTERIOR FUNDICIÓN KENNECOTT

VISTA EXTERIOR FUNDICIÓN YANGGU XIANGGUANG

CONVERTIDOR CONTINUO NORANDA (NCV)

Las dimensiones del NCV son: diámetro 4,5 m, largo 19,8m.

Tiene una boca adicional para cargar mata líquida y materiales sólidosgruesos durante la conversión. El fundente, carbón y sólidos finos secargan a través de un gargun. El semiblister se sangra a través de uno dedos pasajes ubicados en el manto del convertidor y la escoria a través deun pasaje ubicado en la culata opuesta a la de carguío de materialessólidos finos.

CONVERTIDOR CONTINUO NORANDA

DIAGRAMA DE FLUJO FUNDICION HORNE

Si blister ↑ As →Tratamiento. CaO para eliminación deAs-Sb

FUNDICIÓN HORNE

PLANTA SECADO

FUNDENTE

RN

Escoria

PLANTA DE ACIDO

ESCORIARN 5%Cu

ESCORIA A BOTADERO (0,5%Cu)

SEMIBLISTER 98% Cu

ESCORIA

Escoria

MB

PLANTA OXIGENO

O2

FLOTACION

SECADOR

POLVOS DE FUNDICION

2400 TPD CONCENTRADO

NCVBLISTER

NCV EN LA FUNDICIÓN DE HORNE

� Tiempo soplando entre reparaciones – 85%

� Toda la mata del reactor Noranda es procesada en el convertidorcontinuo.

� Convertidores PS sirven como hornos de retención de semiblister y deeliminación de S.

� Gas del NCV (12% SO2, diluido) va a planta de ácido.

NCV: COMPOSICIÓN DE LAS FASES (%)

Mata RN

Cu: 71-72 Fe: 3-4 ; Σ Pb, Zn, etc. 3-4

Escoria

SiO2 :26,9 Fe: 28,2 Cu: 10,2 Pb: 6,2 Zn: 4,6

Semiblister

Cu: 98 S: 1,3 Fe: 0,003

COMPOSICIONES DE LOS PRODUCTOS LIQUIDOS DEL NCV

NCV: PARÁMETROS DE OPERACIÓN

Tasa de soplado, Nm3/h 30,300

% O2 de mezcla aire/O2 25-27

Mata líquida procesada, t/día 860

%Fe/SiO2 0,6 – 0,8

Coque, t/día 37

Carga fría, t/día 200

Cobre blister, t/día 660

Escoria, t/día 355

Temperatura de Operación, °C 1210

NVC: COMENTARIOS

� Es fácilmente adaptable; opera con escoria fayalítica.� Requiere riguroso control de los niveles de interfases.� Requiere frecuentes reparaciones de refractarios.

Un nivel demasiado bajo de cobre blister conduciría a la contaminacióndel producto de conversión con metal blanco durante sangrías. Un niveldemasiado alto terminaría sumergiendo las toberas en blister. La falta decontrol de la posición de la interfase mata-escoria puede terminar con lastoberas sumergidas en la escoria o contaminación de escoria con metalblanco.

Salvo la mata sólida contenida en la carga fría, toda la mata del Reactor Noranda es alimentada al NCV en forma líquida. El carguío de coque tiene por objeto evitar la oxidación de la escoria por aire de infiltración. Considerando que el convertidor sopla el 85% del tiempo, la tasa instantánea de alimentación es 42 t/h.

VISTA EXTERIOR FUNDICIÓN HORNE

HORNO DE FUSION HORNO DE

SEDIMENTACIONHORNO DE

CONVERSION

HORNO DE

REFINACION

CONCENTRADO,

FUNDENTE, AIRE,

OXIGENO

LANZAS

EJE Y

ESCORIA

ELECTRODO

EJE

FUNDENTE, AIRE DE

REFRIGERACION,

OXIGENO

LANZAS

COBRE

BLISTER

QUEMADOR

PROCESO MITSUBISHI

0.1-0.8% S

ESCORIA

65-70% Fe2O3

10-20% CaO

15-20% Cu2O

PROCESO MITSUBISHI

� la operación requiere de un estricto control en línea de flujos y composiciones (dada su interrelación)

CONVERTIDOR MITSUBISHI

� Alimentación –Matta liquida

� Escoria - Ferrítica

� Blister - 0,6-0,9% S

� Cu en escoria 14-16%

� Temperatura 1.250 °C

COMPARACIÓN DE CONVERTIDORES CONTINUOS

Proceso Noranda Mitsubishi Flash

Mata alimentada líquida líquida sólida

Capacidad probada, t/h 42 54 68

Factor de operación, % ~ 85 ~ 90* ~ 80

Producto semi-blister blister, S 0,6-0,9%

blister, S 0,2%

Escoria fayalítica ferrítica ferrítica

Reciclado de ánodos sí sí no

Generación de polvo baja baja alta

Fusión/Conversión Independientes

no no sí

Duración de campaña, años 0,75 3 5

CONVERSIÓN CONTINUA ISACONVERT

CONVERSIÓN CONTINUA ISACONVERT

� Alimentación - Mata granulada con 55-70% Cu Y humedad 2.0wt%

� Gas oxidante - 50% O2

� Escoria - SiO2-FeOx-CaO (5-20%) ; % SiO2<3% peso

� Relación de Fe/CaO 2,3-2,5.

� Cu en escoria 15-20%

� Blister - 0,2-0,6% S Gas de salida - 20-25% SO2

� Cantidad de polvo generado aprox 1-2% de la materia prima.

� Temperatura 1.240 °C

� Con alimentación de mata sólida, el horno de fusión primaria y elconvertidor pueden operar independientemente el uno del otro.

� La escoria ferrifica, forma una capa protectora sobre el extremo de lalanza que se sumerge en el baño fundido, lo que es importante paraextender la vida de la lanza.

� La muy baja producción de polvo y la generación de un reducidovolumen de gases de proceso, ricos en SO2

ISACONVERT: COMENTARIOS

¿DESAPARECERÁ EL CONVERTIDOR PS?

� El PS es un reactor intenso, flexible con capacidad para procesarmateriales secundarios.

� Alrededor del 85% del cobre de fundición se produce usandoconvertidores PS/Hoboken.

� En Japón y Europa hay fundiciones que operan PS con emisiones<0,1% del S en la materia prima.

� Mejoras en la ingeniería y operación del PS han resultado en un gas deconversión más fácilmente tratable en planta de ácido.

� El costo de controlar emisiones fugitivas debe compararse con el dereemplazo de tecnología.

� La conversión continua será adoptada en nuevas fundiciones.