proceso de la calcopirita
DESCRIPTION
proceso de no ferrososTRANSCRIPT
PROCESO DE OBTENCION DE COBRE Cu A PARTIR DE CALCOPIRITA CuFeS2 POR MEDIO DE
PIROMETALURGIALA PIROMETALURGIA
La calcopirita es el principal mineral del que se extrae el cobre. También existen menas oxidadas de cobre, pero son menos abundantes.
La calcopirita está formada por sulfuros de cobre y hierro (FeCuS2). Pero el mineral contiene además trazas de otros compuestos, por lo que deberá realizarse una separación, separar la mena de la ganga. Para ello se realiza una trituración y molienda donde la separación ocurre por flotación. En este punto el contenido en cobre en la calcopirita molida es aproximadamente un 31%.
INTRODUCCION
LEY DE CORTE TRONADURA PLANTA CONTENEDORA MOLIENDA FLOTACION SECADO FUSION PARA SEPARAR FASES CONVERTIDOR PIERCE SMITH
PROCESO DEL MINERAL
La ley de corte es el criterio empleado en minería para discriminar entre el mineral y estéril.
Tomando en cuenta que la mina cumpla el rendimiento del 10% para que sea rentable
Para nuestra mina tiene una baja ley de 0,45% y una ley promedio de 0,89%
Ley de corte
uno de los minerales mas comunes que contienen cobre es: la calcopirita (CuFeS2) y la pirita (FeS2), con las siguientes porcentajes 20 - 30% de Cu, 25 - 35% de Fe y 25 - 35% de azufre.
TRONADURA
La detonación se llama tronadura. luego entran en operación los cargadores frontales o las palas eléctricas, capaces de levantar de una sola vez más de cien toneladas. Su labor consiste en cargar los camiones con el material fragmentado por la tronadura
CARGA
El material tronado es cargado en camiones de gran tonelaje mediante gigantescas palas eléctricas. Las palas eléctricas tienen capacidad para cargar 70 o 100 toneladas de material de una vez, por lo que realizan 3 movimientos o pases para cargar un camión. Los cargadores tienen menor capacidad y en minas de gran tamaño son utilizados sólo para trabajos especiales..
PLANTA CONTENEDORA
Una vez que se extrajo la mena de calcopirita es transportada hacia una planta contenedora donde será triturada y molida para comenzar con el proceso de concentración de cobre.
TRITURACION
El grado de trituración para que la liberación se efectiva varía del tamaño de la mena; las dos razones para la existencia de un tamaño óptimo de partícula son:
Las partículas excesivamente grandes provocan que los minerales de cobre se disimulen (entrelacen) en los minerales de la ganga con lo que evitan la flotación.
Las partículas excesivamente finas tienden a formar una lama la cual cubre los minerales de cobre y disminuye la eficiencia con la cual flotan..
El mineral presenta una granulometría variada, desde partículas de menos de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 m de diámetro, con los chancadoras lograr llegar al tamaño de 1/2in o (1.27cm).
MOLIENDA
Mediante la molienda, se continúa reduciendo el tamaño de las partículas que componen el mineral, para obtener una granulometría máxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite la liberación del Cu.
TIPO DE MOLINOS QUE SE PUEDEN EMPLEARMOLINO DE BARRAS
Tiene en su interior barras de acero de 3,5 pulgadas de diámetro, son los elementos de molienda. Proveniente del chancador terciario, que llega continuamente por una correa, transportándola y pasando en línea al molino de bolas.
MOLINO DE BOLAS
Este molino, cuyas dimensiones son 16 x 24 pies (es decir, 4,9 m de diámetro por 7,3 m de ancho), está ocupado en un 35% de su capacidad por bolas de acero de 3,5 pulgadas de diámetro, las cuales son los elementos de molienda. En un proceso de aproximadamente 20 minutos, el80% del mineral es reducido a un tamaño máximo de 180 micrones.
FLOTACION
La flotación es un proceso físico-químico que permite la separación de losminerales sulfurados de cobre y otros elementos del resto de los minerales que componen la mayor parte de la roca original.
ETAPAS DE LA FLOTACION
Son tres fases de la flotación :
Fase sólida: corresponde a las materias que se quiere separar (material mineral).
Fase liquida: es el medio en que se llevan a cabo dichas separaciones.
Fase gaseosa: se refiere al aire inyectado en la pulpa para poder formar las burbujas, que son los centros sobre los cuales se adhieren las partículas sólidas.
•Flotación “Primaria”: En las cuales la mena se recupera un grado moderado de Cu (15 a 20%)
•Flotación “Limpiadoras”: La cual con el concentrado primario se concentra a un total de Cu de 20 a 30 %
•Flotación “Depuradoras o Recuperadoras” En las cuales a las flotaciones primarias se les da un fuerte tratamiento de flotación final para recuperar la mayor cantidad de Cu.
Los reactivos que se incorporan en la flotacion tienen diferentes naturalezas y cumplen diferentes funciones:
• Reactivos espumantes
• Reactivos colectores
• Reactivos depresantes:
• Otros aditivos
REACTIVOS ESPUMANTES
Finalmente como reactivo espumante el oxigeno (aire) para hacerla burbujas.
Alteran la tensión superficial de líquidos. Su estructura les permite agruparse hasta formar otra fase distinta del resto del fluido, formando una espuma que separa el mineral del resto de la ganga. Su objetivo es producir burbujas resistentes, de modo que se adhiera el mineral de interés.
Los reactivos que se utilizan para crear las superficies hidrofóbicas consisten en moléculas heteropolares, es decir, moléculas que tienen un extremo polar cargado y un extremo no polar.
Tienen un grupo portador de azufre en su extremo polar, el cual enlaza a los minerales de sulfuro pero ignora las superficies de los óxidos. Lo reactivos de sulfuro más conocidos son los xantatos de sodio y potasio.
REACTIVOS COLECTORES
Se añaden dos tipos de reactivos, promotores y colectores, que forman pares iónicos hidrófobos con la molécula a extraer, en nuestro caso sulfuros de cobre.
Su calidad hidrófoba les hace tender a pegarse a las burbujas de aire presentes en la mezcla y ascender con ellas rebosando por los labios de la celda en forma de espuma concentrada
REACTIVOS DEPRESORES
El depresor tiene por función impedir o retrasar la flotación de la ganga u otro mineral cuando se desea realizar una flotación selectiva.
De esta manera, a través de una serie de pasos, el cobre es concentrado por sobre 28% (20 al 30%). las partículas que no fueron capaces de flotar, caen al fondo de las celdas de flotación. las partículas flotantes conteniendo cobre y molibdeno pasan a otro proceso de flotación en la planta de molibdeno, donde son separados, produciendo concentrados de molibdeno. esta planta tiene una producción de 7,800 toneladas anuales de molibdeno.
En nuestro proceso de flotación el CaO actúa como modificador del pH, los xantatos amfilicos como reactivo colector y finalmente como reactivo espumante el oxigeno (aire) para hacerla burbujas.
.
Las siguientes reacciones en soluciones alcalinas y ácidas han sido propuestas para la oxidación de la calcopirita:
CUFeS2 + 3/4O 2 + 3/2H2O -> CuFeS2 + Fe(OH)3
CUFeS2 -> CuFeS2 + Fe2 + 2e –
SECADO
A los concentrados de cobre resultante de la planta de flotación hay que reducirles su contenido de agua. Se envían a los espesadores, donde el material solido formado por una pulpa espesa se deposita en el fondo y el exceso de agua rebasa por la parte superior.
Los concentrados de cobre aun húmedos, son sometidos a la acción de filtros, los que disminuyen su humedad desde un 50% a un 16%.
Proceso que da por sentado la oxidación parcial de la calcopirita (CuFe2) formando SO2 y oxidando parcialmente a los sulfuros de Fe, eliminados posteriormente en la fundición.
En la eliminación parcial del azufre de éste como SO2 ocurre según reacciones sólido-gaseosas, a temperaturas de 500 a 800 ºC, dependiendo de los productos que se desea obtener.
La fase gaseosa contiene normalmente O2 y SO2 en la alimentación y productos y cantidades menores de gases SO3 y SO2, dependiendo de las reacciones de oxidación.
S2 + 202 2SO2
2SO2 +O2 2SO3
CONCENTRADO
Los concentrados son el primer producto comercial en la línea de producción de cobre, y están compuestos aproximadamente en partes iguales por cobre, fierro y azufre.
Este material constituye la materia prima de todas las fundiciones de cobre, que al procesarlo obtienen un cobre metálico impuro en forma de blister o ánodos, que posteriormente son utilizados para elaborar cobre refinado de alta pureza.
PROCESO DE FUSION
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, 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. De esta forma es posible separar ambas partes vaciándolas por vías distintas.
Se lleva a cabo a 1250 °C en el horno de reverbero, el cual separa la mezcla según su peso dejando el Cu al fondo y las escoria que es mas liviana en la superficie
Al realizarse lo anterior, genera principalmente la combustión de hidrocarburos con aire, pero también contiene SO2 (0,5 a 2% en volumen) proveniente de la oxidación de parte de la carga de azufre (el azufre pirítico).
Los gases arrastran polvo, principalmente partículas finas de concentrado (1 % de la carga).
La mata de cobre consiste en una mezcla de sulfuros de hierro y cobre. La reacción química puede expresarse así:FeCuS2 FeS + CU2S
-Se introduce la mata de cobre en un Convertidor de Pierce – Smith.
CONVERTIDOR PIERCE SMITH
El Convertidor de Pierce – Smith o CPS es el dispositivo para la extracción de cobre utilizado en el 95% de las fundiciones de cobre. Su función es oxidar la mata fundida para obtener un cobre, denominado cobre blister, de un 96 - 98% en pureza.
El convertidor consiste en un reactor semicontinuo de burbujeo, cilíndrico, de aproximadamente 4.5 metros de diámetro por 11 metros de largo.
El proceso es cerrado, es decir, la carga es la misma, tratada y llevada hasta el final del proceso sin recarga de material. De este modo mejoran las condiciones de trabajo y se reducen las emisiones ambientales.
La transformación de matas a cobre blister tiene lugar en dos etapas:
En la primera etapa, algunas veces denominada soplado a escoria
La segunda etapa se denomina: soplado a cobre.
TRANSFORMACION DE MATAS A COBRE BLISTER
En la primera etapa, se realiza la desulfuración del sulfuro ferroso con escorificación del hierro.
Los sulfuros de hierro se oxidan gracias a un flujo de aire comprimido que entra por las toberas.
El sulfuro se oxida produciendo dióxido de azufre en estado gaseoso. se añaden algunos materiales fundentes, como sílice o cal. La escoria está compuesta por óxido de hierro y sílice (FeO.SiO2 llamada fayalita) y se separa de la mata por su menor densidad.
Ambas fases, escoria y mata, son líquidas pues la temperatura en el interior está en el intervalo de 1175-1290 ºC. Esta temperatura se mantiene por la liberación de calor en la combustión del azufre con el oxígeno del aire que entra por las toberas.
La reacción química que tiene lugar en esta fase es la siguiente:
FeS + 3/2 O2 FeO + SO2
le sigue inyectando oxígeno a través de las toberas. Los sulfuros de cobre reaccionan con el oxígeno para formar óxido de cobre. Llega un momento en el que el óxido cuproso reacciona con el sulfuro de cobre, obteniéndose el cobre blíster.
La segunda etapa se denomina: soplado a cobre.
En primera instancia, 2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2
Llega un momento en el que reaccionan óxido y sulfuro de cobre,
2Cu2O + Cu2S 6Cu + SO2
Por lo tanto, la reacción total en esta etapa es:
Cu2S + O2 2Cu + SO2
Las reacciones que tienen lugar son las siguientes:
Al eliminar el azufre de la mata o metal blanco, las dos fases, líquidas e inmiscibles, se separan por gravedad. La fase metálica, la más pesada (cobre blíster) se deposita debajo, mientras la más ligera (escoria oxidada) en la parte alta porque su densidad es menor.
Después de la conversión en el Convertidor de Pierce – Smith, el cobre blíster se sometería a otros procesos, procesos de afino, para obtener cobre con un gran nivel de pureza. El siguiente esquema muestra el proceso para la obtención del cobre
La electro refinación del cobre consiste en la disolución electroquímica de este a partir de ánodos impuros y el deposito de cobre puro (es decir, sin las impurezas del ánodo) sobre los cátodos del cobre. El electrolito es una solución acuosa de H2SO4 ( 200Kg/m3) y CuSO4 (50 Kg/m3) normalmente con una cantidad pequeña de cloruro
ELECTROREFINACION
a) eliminar las impurezas que dañan las propiedades eléctricas y mecánicas del cobre. La pureza del cobre electrorefinado es mayor del 99.99% de Cu, con menos de 0.004% de impurezas metálicas.
b) separar las impurezas valiosas del cobre. Estas pueden ser recuperadas después como subproductos metálicos.
OBJETIVOS DE LA ELECTROREFINACION
NORMA Oficial Mexicana NOM-CCA-017-ECOL/1993
Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de
acabados metálicos
Para efectos de esta norma se asumen las definiciones que se mencionan en
la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente,
Ley de Aguas Nacionales y Reglamento para la Prevención y Control de la Contaminación de
Aguas.
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-CCA-O17-ECOL/1993
Establece las características, el procedimiento de identificación, clasificación y los listados de los residuos peligrosos.
Donde dentro de esta se encuentran las siguientes:
NORMA Oficial Mexicana NOM-052-SEMARNAT-2005
Norma Oficial Mexicana NOM-087-SEMARNAT-SSA1-2002, Protección ambiental-Salud ambiental-Residuos peligrosos biológico-infecciosos-Clasificación y especificaciones de manejo, publicada en el Diario Oficial de la Federación (D.O.F.) el 17 de febrero de 2003, la cual cambió de nomenclatura por el Acuerdo Secretarial publicado en el D.O.F. el 23 de abril de 2003, quedando con el nombre que aparece al inicio de esta cita.
Norma Oficial Mexicana NOM-133-SEMARNAT-2000, Protección Ambiental-Bifenilos Policlorados (BPC’s)-Especificaciones de manejo, publicada en el Diario Oficial de la Federación (D.O.F.) el 10 de diciembre de 2001, la cual cambió de nomenclatura por el Acuerdo Secretarial publicado en el D.O.F. el 23 de abril de 2003, quedando con el nombre que aparece al inicio de esta cita.
Norma Oficial Mexicana NOM-138-SEMARNAT/SS-2003, Límites máximos permisibles de hidrocarburos en suelos y las especificaciones para su caracterización y remediación, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 29 de marzo de 2005
Norma Oficial Mexicana NOM-141-SEMARNAT-2003,
Que establece el procedimiento para caracterizar los jales, así como las especificaciones y criterios para la caracterización y preparación del sitio, proyecto, construcción, operación y postoperación de presas de jales, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 13 de septiembre de 2004.
Listado de las Substancias y Materiales Peligrosos más usualmente transportados, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 3 de diciembre
de 2003.
Norma Oficial Mexicana NOM-002-SCT/2003
Establece los límites máximos permisibles y el procedimiento para la determinación de contaminantes en las descargas de aguas
residuales en cuerpos de agua, provenientes de la industria de acabados metálicos
Norma Técnica Ecológica NTE-CCA-017/88
Esta norma es de orden público e interés social así como de observancia obligatoria para la
industria de acabados metálicos, que descargue aguas residuales en ríos, cuencas, cauces, vasos, aguas marinas y demás depósitos o corrientes de
agua.
Norma técnica ecológica
NOM-004-STPS-1999, Sistemas de protección y dispositivos de seguridad en la maquinaria y equipo que se utilice en los centros de trabajo.
NOM-010-STPS-1999, Condiciones de seguridad e higiene
en los centros de trabajo donde se manejen, transporten, procesen o almacenen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral.
NOM-017-STPS-2001, Equipo de protección personal - selección, uso y manejo en los centros de trabajo.
NOM-025-STPS-1999, Condiciones de iluminación en los
centros de trabajo.
NORMAS
NORMA oficial mexicana NOM -CRP-002-ECOL/93, que establece el procedimiento para llevar a cabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente
NOM-081-ECOL-1994, Que establece los límites máximos permisibles de emisión de ruido de las fuentes fijas y su método de medición
NORMAS
NOM-006-STPS-2000, Manejo y almacenamiento de materiales- condiciones y procedimientos de seguridad.
NOM-005-STPS-1998, Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo para el manejo, transporte y almacenamiento de sustancias químicas peligrosas.
NORMAS
NORMA Oficial Mexicana NOM-012-SCFI-1994, Medición de flujo de agua en conductos cerrados de
sistemas hidráulicos-Medidores para agua potable fría -Especificaciones (esta Norma cancela a la
NOM-012-SCFI-1993). Al margen un sello con el Escudo Nacional,
que dice: Estados Unidos Mexicanos.- Secretaría de
Comercio y Fomento Industrial.- Dirección General de Normas.- Dirección de Normalización.-
Subdirección de Metrología.
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-012-SCFI-1994, MEDICION DE FLUJO DE AGUA EN CONDUCTOS CERRADOS
DE SISTEMAS HIDRAULICOS-MEDIDORES PARA AGUA POTABLE FRIA-ESPECIFICACIONES (ESTA NORMA CANCELA
A LA NOM-012-SCFI-1993).