Pirometalurgia del Cobre

¿Cuál es el objetivo de los procesos pirometalúrgicos?

• 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.

¿En cuantas etapas se realiza la obtención del Cobre Metálico?

• Fusión a Eje o Mata.

• Conversión del Eje a Blister.

• Refinación a Fuego.

¿Cuál es el 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 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.

¿ 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).

¿Cuál es el contenido real del Eje de cobre?

• Se dice que el Eje consiste en FeS y Cu2S, esto no es estrictamente cierto, pero se acepta para simplificar muchos propósitos metalúrgicos. El eje es una sustancia mucho mas compleja.

• Puede contener Fe como Fe3O4 o como ferrita (CuO, Fe2O3), además otros metales en cantidades importantes zinc, niquel, como combinado con azufre (ZnS, NiS).

• Puede contener pequeñas cantidades de impurezas como: Co, Ni, Sb, Bi y Pb. Muchos ejes contienen, tambien pequeñas cantidades de SiO2, CaO y otras sustancias.

• Todos los Ejes comerciales son excelentes solventes para

metales preciosos (Au y Ag).

¿Cuál es la 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. (Especialmente en las fundiciones de ENAMI). La densidad varía entre 4,8 a 5,6 creciendo con el contenido de cobre.

¿ Por qué debe agregarse en la carga un fundente?

• Se agrega sílice (cuarzo) con el objeto de captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlos en la parte más liviana de la mezcla fundida (baño).

¿ Cómo se forma la escoria?

• Por la mezcla fundida de los minerales de ganga más el fundente agregado.

• Las reacciones que se verifican para la formación de Eje y escoria, pueden resumirse en tres etapas.

a) Debido a la alta temperatura reinante en el horno el sulfuro doble de Cobre y Hierro se desdobla.

2 CuFeS2 ------- Cu2S + FeS + S

b) El óxido férrico es reducido a óxido ferroso por el sulfuro de hierro.

3 Fe2SO3 + FeS ---- 7 FeO + SO2 c) El óxido ferroso combinado con la sílice forma la escoria. FeO + SiO2 ---- FeO SiO2 (escoria)

¿Qué ocurre con los gases producidos?

• 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

¿Qué tipos de hornos se emplean en la fusión?

Horno de Reverbero Horno de Fusión Flash. Convertidor Modificado Tipo Teniente.

¿ 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”.

¿Qué productos forman una carga de horno?

• Una mezcla de: Concentrados , precipitados, minerales de fundición

directa, escorias de convertidores, fundentes (cuarzo, carbonato), 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%).

¿Cuáles son las funciones de un Horno Reverbero?

• Fundir la mezcla lo más rápido posible con una pérdida mínima de calor.

• Mantener una temperatura lo suficientemente elevada para que la escoria y el Eje sean perfectamente fluidos lo que facilita su separación.

¿ Qué combustible emplea?

• Petróleo Enap 6 y oxígeno proporcionado por el aire de soplado.

• Desde 1991 se ha implementado el uso de quemadores oxígeno- petróleo con lo que se consigue una fusión más rápida .

¿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 u oxígeno. 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.

¿Qué ventaja presenta la Fusión Flash con respecto al Reverbero?

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.

¿Cómo funciona un CMT?

• 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 (monóxidos y dióxidos) 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

¿Cuáles son los productos de un CMT ?

• 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.

¿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 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%.

¿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.

Procesos en Convertidor Tradicional

¿Cuál es el destino del Cobre Blister ?

• Carrusel para formación de ánodos de Cobre, luego refinar electrolíticamente al Horno de Refinancia a fuego RAF.