refinacion a alta temperatura

Refinacin a alta temperatura

La refinacin a fuego del cobre blister, es un proceso de oxidacin-

reduccin a que es sometido ste con el fin de eliminar impurezas,

principalmente aquellas que se oxidan selectivamente. Esta prctica

convencional de oxidacin selectiva, con posterior reduccin del oxgeno

retenido, conduce a la obtencin de cobre andico el que es sometido

posteriormente a un proceso de refinacin electroltica para obtener el

producto denominado ctodo

alternativamente, existe la posibilidad de eliminar algunas impurezas del cobre, aquellas que no es posible eliminarlas por simple oxidacin,

tales como As y Sb.


En la produccin de cobre refinado a fuego, el arsnico y el antimonio,

entre otras impurezas, son indeseables como elementos de aleacin en

este tipo de cobre. Por otra parte, en la produccin de cobre andico, altos niveles de As provocan problemas operacionales en la refinera

electroltica ya que contaminan excesivamente el electrlito y pueden

ocasionar la eventual contaminacin del ctodo

estas dos simples razones hacen deseables eliminar estos elementos a niveles apropiados durante la refinacin a fuego de cobre blister.

CONVERSIN

ER

Remover por oxidacin el S

Reducir por reduccin el O2 disuelto

RAF

nodo de Cu (% Cu > 99.5%)

% S < 0.003; % O2 < 0.05

Cu: 99.99%

Requerimiento de cliente


Valores

aproximados

Etapa de oxidacin

El objetivo de esta esta es, es disminuir el contenido de azufre e

incorporar un nivel de oxgeno adecuado (aprox. 5.000 ppm).


El objetivo es disminuir el oxgeno contenido en el cobre

mediante un reductor hasta alcanzar un nivel adecuado

para iniciar el proceso de moldeo (500 ppm).


Etapa de reduccin

Diagrama entrada de insumos a los Refino


Las etapas involucradas en el proceso de RAF son las siguientes:


ESPERA - CARGUO - OXIDACIN - REDUCCIN

Etapa del

Proceso

Denominacin

del proceso

% peso S % peso O

Fin de

Conversin

Cu blister 0.01 0.1 0.1 - 0.5

RAF, Despus

de oxidacin

Set Copper < 0.004 0.6 1.0

RAF, Despus

de reduccin

Cobre Tough

Pitch

< 0.004 0.05 0.1

RAF Despus

de Moldeo

Cobre andico < 0.004 0.1 0.2

Contenidos de azufre y oxgeno durante la Refinacin a Fuego



Durante la RAF de cobre blister, algunas impurezas se eliminan en la

escoria, mientras otras se eliminan va gaseosa. En ambos casos, el

mecanismo es una simple oxidacin de las impurezas

Por qu sucede esto?.

Anlisis termodinmico general

Cuando la concentracin de impurezas es alta, la

afinidad del oxgeno por el cobre es menor que la

afinidad del oxgeno por las impurezas.

Algunas de estas impurezas, son difcilmente removidas mediante este

mecanismo


La efectividad qumica de un fundente se demuestra considerando la

basicidad de los xidos que lo componen y de los xidos de la impureza

que van a ser transferidos a la escoria

Anlisis termodinmico general

Oxidacin

Reduccin

Reacciones de pirorrefinacin


Una de las reacciones ms importantes para la remocin de impurezas

por oxidacin es la reaccin de disolucin del oxgeno en el cobre lquido.

Termodinmica de la Refinacin oxidante

O2(g) = O (%Cu)

As, el mecanismo de oxidacin selectiva de impurezas estara dado por la

reaccin:

M(%Cu) + nO (%Cu) = MOn (g,s)

Donde M, representa la impureza disuelta en el cobre lquido y MOv

es el producto de oxidacin de impureza. Por ejemlo SO2


La fig. muestra una burbuja de aire ascendiendo a travs del seno del cobre lquido,

producindose la reaccin de disolucin y la reaccin de oxidacin selectiva de

impurezas


Cuando las impurezas estn diluidas en el cobre, es posible que exista

una competencia por el oxgeno entre stas y el cobre. En este caso es

vlida la siguiente reaccin:

La remocin de impurezas metlicas por oxidacin puede estudiarse

considerando la siguiente reaccin metal-escoria:

Cu(l) + O(%Cu) = CuO0,5 (esc)

M(%Cu) + 2n CuO0,5(esc.) = 2n Cu(l)+ MOn (esc)

Cuya constante de equilibrio es:

En la tabla siguiente se muestra los valores de la constante de equilibrio

para diversos metales. Los datos se han ordenado de acuerdo al orden

creciente de la constante de equilibrio



En la tabla se han ordenado los datos en 3 grupos. El primer grupo de

metales, desde Au a Te, posee pequeos valores de K, lo que sugiere que

su remocin por oxidacin es difcil. Sin embargo, los metales de este

grupo son valiosos, por lo que su retencin en el cobre es ventajosa desde

una perspectiva econmica.

El tercer grupo de metales, desde Fe a Ca, deberan removerse fcilmente

por oxidacin.


durante la etapa de oxidacin del cobre blster es deseable acercarse a una condicin de set copper, que es una saturacin en oxgeno del cobre.

En esta condicines lcito suponer que las actividades tanto del cobre como de su xido son unitarias

Donde YM es el coeficiente de actividad a dilucin infinita de la impureza

M en el cobre lquido.

As, Sb y Bi no se eliminan fcilmente por oxidacin

la presin de vapor de las diversas impurezas metlicas permite efectuar un anlisis de la remocin de impurezas


La presin de vapor de impurezas metlicas disueltas en cobre est dada

por la siguiente ecuacin: (pM es la presin de vapor del metal impureza

en estado puro.

pM=pMaM=pMYMXM

de acuerdo a la tabla pM Y es evidente que Zn y Cd seran facilmente removidos por volatilizacin

pero elementos como As, Se y Te sern difciles de removerdebido a sus valores pequeos de YM a pesar de sus altos valores de pM.

Para conocer el coeficiente de distribucin de una impureza metlica

entre la escoria y el metal, est dada por la relacin:

DM = (%M)e

(%M)Cu

Mientras ms alto el valor de DM, ms fcil es desplazar la impureza a la

escoria por oxidacin.


Para obtener DM, se deben expresar las actividades en funcin de la

concentracin

metal

escoria

MM

MD

)(%

)(%

Para la fase Metal, Utilizando la Ley de Henry

Xa Mo

MM


Para conocer el coeficiente de distribucin de una impureza metlica

entre la escoria y el metal, est dada por la relacin:

De las misma forma, la actividad del xido de la impureza metlica

en la escoria se expresa como:

En consecuencia la ec. de actividad puede transformarse en :


Por lo tanto la constante de equilibrio resulta:

El coeficiente de actividad de M a dilucin infinita, mientras ms alto

sea, ms alta es la actividad de M y ms fcil ser remover la impureza

desde el metal.


Suponiendo que es razonable estimar aCu=1 y considerando la

definicin de coeficiente de distribucin, se tiene:


El concepto de mayor eficiencia qumica de un fundente est en la

basicidad de sus xidos constituyentes, en relacin a la de los xidos de las

impurezas que se oxidan a la escoria. Un xido bsico es aquel que posee

una tendencia a donar un par de electrones para formar un enlace

covalente con otro xido; mientras que un xido cido es aquel que tiene

tendencia a aceptar un par de electrones.

P2O5 SiO2 As2O3 Sb2O3 Bi2O3 MgO FeO PbO CaO Cu2O Na2O

Fuerza decreciente del enlace metal - oxgeno

Acidez creciente Basicidad creciente

Una medida relativa de esta tendencia es la fuerza de enlace metal-oxgeno,

dada en la siguiente secuencia


En principio, los xidos ubicados a la derecha de esta serie reaccionarn

como una base con respecto a los xidos ubicados a la izquierda de la

serie.

Tal tendencia a la formacin de compuestos disminuye el coeficiente de

actividad de un xido.

As si el xido cido (As2O3,Sb2O3,etc) de una impureza tender a tener un

bajo coeficiente de actividad en una escoria alcalina (Na2O,CaO,etc) y un

xido bsico (Cu2O,PbO,etc) tender a tener un bajo coeficiente de

actividad en una escoria cida (SiO2,P2O5, etc)

P2O5 SiO2 As2O3 Sb2O3 Bi2O3 MgO FeO PbO CaO Cu2O Na2O

Fuerza decreciente del enlace metal - oxgeno

Acidez creciente Basicidad creciente

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