PIROMETALURGIA DEL COBRE

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

Reactivos que se usan comúnmente en la flotación de los minerales sulfurados de cobre

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.

Celda de subaereaciòn

Denver DR

Celda de tipo neumático Davcra

Celda de flotación combinada

Maxwell

Vista de un corte de un tostador de hogar mùltiple

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.

Convertidor Peirce-Smith

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.

FUNDICION DE ILO

PLANTA DE OXIGENO ILO

FUNDICION DE ILO

FUNDICION DE ILO- COBRE BLISTER

HORNOS

• 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.

HORNO REVERBERO

• 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.

HORNO FLASH INCO

HORNO OUTOKUMPU

• 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.

PROCESO OBTENCION COBRE

CONVERSION

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.

CONVERTIDOR PIERCE-SMITH

TOBERAS DEL CONVERTIDOR PIERCE-SMITH

• 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)

HORNO ELECTRICO