proceso del cobre
DESCRIPTION
Propiedades del cobreProcesos en la elaboración del cobreUsosTRANSCRIPT
INTRODUCCIÓN
El cobre su símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29.
Metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro,
es fuerte, y puede unirse fácilmente por soldadura.
Es higiénico, fácil de alear y resistente a la corrosión. Forma parte de la
llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores
de electricidad y el calor. Gracias a su alta conductividad
eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado
para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que
generalmente son más duras, fuertes y resistentes a la corrosión que el cobre
puro, aunque tienen una conductividad eléctrica menor.
Es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces
sin que pierda sus propiedades mecánicas.
El cobre ocupa el lugar 15 en abundancia en los elementos de la corteza terrestre.
Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata,
bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas, aunque se han
hallado masas compactas de hasta 420 toneladas.
ÍNDICE:
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE__________________________________________4
1. EXPLORACIÓN GEOLÓGICA:______________________________________________4
2. EXTRACCIÓN, CARGUÍO Y TRANSPORTE:_________________________________4Extracción a tajo abierto______________________________________________________________4Extracción subterránea_______________________________________________________________5
3. CHANCADO:_____________________________________________________________5
4. MOLIENDA:______________________________________________________________6
MINERAL OXIDADO (COMBINADO CON OXÍGENO)____________________________________7
1. LIXIVIACIÓN:_____________________________________________________________7Lixiviación de minerales de cobre______________________________________________________7Selección de agentes lixiviantes_______________________________________________________8
Lixiviante natural:______________________________________________________________8Lixiviante preparado:___________________________________________________________9
2. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES (SX)_____________________________________10
3. REMOCIÓN:_____________________________________________________________11
4. ELECTRO-OBTENCIÓN:__________________________________________________11Procesos de electrobtención (EW)____________________________________________________12
5. CÁTODOS:______________________________________________________________13
MINERAL SULFURADO (COMBINADO CON AZUFRE)______________________14
1. FLOTACIÓN:____________________________________________________________141.1. Reactivos utilizados:________________________________________________________151.2. Mineral de Cobre concentrado en las burbujas________________________________181.3. Etapas del proceso de flotación______________________________________________18
2. ESPESADO Y FILTRADO DE LOS CONCENTRADOS_______________________192.1. Eliminación de agua de los concentrados:____________________________________192.2. Espesamiento de concentrados______________________________________________192.3. Sedimentación______________________________________________________________202.4. Espesadores_______________________________________________________________20
3. FILTRADO DE CONCENTRADOS__________________________________________213.1. FILTROS POR GRAVEDAD_______________________________________________________213.2. Filtros de placas y marcos (filtros prensa)____________________________________21
4. SECADO DE CONCENTRADOS___________________________________________22
5. TOSTACIÓN PARCIAL DE CONCENTRADOS_______________________________23
6. FUNDICIÓN:_____________________________________________________________24
7. CONVERSIÓN DE EJE DE ALTA LEY______________________________________24
8. REFINACIÓN Y MOLDEO DE ÁNODOS____________________________________26
9. ELECTRORREFINACIÓN_________________________________________________27
DIAGRAMAS DE FLUJO (Programa Visio)_________________________________29
MÉTODOS DE SEPARACIÓN CON REACCIONES QUÍMICAS DEL PROCESO PRODUCTIVO DEL COBRE:______________________________________________31
EL IMPACTO AMBIENTAL DE LA MINERÍA________________________________32
EFECTOS SOBRE EL MEDIO AMBIENTE COBRE__________________________33
BIBLIOGRAFÍA____________________________________________________________35
LINKOGRAFÍA_____________________________________________________________35
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL COBRE
El cobre está presente en la corteza terrestre principalmente en forma de
minerales sulfurados como la calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) y calcosina
(Cu2S). El contenido en cobre de estos minerales es bajo, alrededor de un 0.5%
en minas a cielo abierto y hasta un 2% en minas subterráneas.
1. EXPLORACIÓN GEOLÓGICA:
Es la primera etapa, y sin ella, ninguna otra etapa posterior tendría sentido. Aquí,
se identifica que hay un yacimiento con mineral suficiente para ser trabajado, se
determinan sus características y se establece la forma de explotarlo.
2. EXTRACCIÓN, CARGUÍO Y TRANSPORTE:
La extracción subterránea de cobre se
realiza cuando un yacimiento presenta
una cubierta de material estéril muy
espesa, lo que hace que la extracción
desde la superficie sea muy poco
rentable. Para ello se realizan distintos
tipos de faenas bajo el suelo, las que
pueden ser horizontales en túneles o
galerías. Teniendo claro que existe un yacimiento, se decide comenzar a trabajar
en él. Las rocas y los minerales adecuados se extraen de la mina y son
transportadas a la planta donde continúan los demás procesos de producción.
Extracción a tajo abiertoCuando el cobre aflora a la superficie o
está cerca de ella, la elección es el
método de cielo abierto. Posee
diferentes niveles llamados bancos entre
los cuales se establecen caminos inclinados o rampas. En la extracción a rajo
abierto primero se remueve el mineral desde el yacimiento usando explosivos.
Luego entran en operación los cargadores frontales o las palas eléctricas. Su labor
consiste en cargar los camiones con el material fragmentado por la tornadura.
Estos camiones llevan el mineral al chancador primario y el estéril a los botaderos.
Extracción subterráneaLa minería subterránea se emplea
cuando la cantidad de material estéril
sobre el yacimiento es tal, que los
costos de su remoción hacen inviable
un proyecto minero a cielo abierto. La
extracción se realiza excavando
túneles y cámaras, dispuestas para
recuperar la máxima cantidad de
mineral de manera eficiente y segura.
Las labores subterráneas pueden ser horizontales, verticales, inclinadas,
conformando túneles, galerías, rampas, piques o chimeneas ubicándose en los
diferentes niveles que permiten fragmentar, cargar y transportar el mineral desde
el interior de la mina hasta la planta, generalmente situada en la superficie.
3. CHANCADO:
El mineral proveniente de la mina presenta una
granulometría variada, desde partículas de menos
de 1 mm hasta fragmentos mayores que 1 m de
diámetro, por lo que el objetivo del chancado es
reducir el tamaño de los fragmentos mayores hasta
obtener un tamaño uniforme máximo de ½ pulgada
(1,27 cm).
Es la etapa en la que grandes máquinas reducen el
tamaño del material extraído en la mina a
porciones cada vez más pequeñas y compactas, de no más de 0,5 pulgadas.
Dicho material se ordena apilándolo.
En la etapa primaria, el chancador primario reduce el tamaño máximo de los
fragmentos a 8 pulgadas de diámetro.
En la etapa secundaria, el tamaño del material se reduce a 3 pulgadas.
En la etapa terciaria, el material mineralizado logra llegar finalmente a ½ pulgada.
4. MOLIENDA:
Grandes molinos continúan reduciendo
el material, hasta llegar a unos 0,18
mm, con el que se forma una pulpa con
agua y reactivos que es llevada a
flotación, en donde se obtiene
concentrado de cobre. Hasta aquí no
hay diferencias, sin embargo, de aquí
en más, existen diferentes procesos
productivos, dependiendo si el cobre
se encontró en la naturaleza
combinado con oxígeno (oxidado) o azufre (sulfurado). Generalmente en los
yacimientos, el cobre oxidado se encuentra más superficialmente. En esta parte, el
proceso del cobre puede tomar dos caminos: el de la fundición y electrorrefinación,
o el de la lixiviación y electroobtención.
MINERAL OXIDADO (COMBINADO CON OXÍGENO)1. LIXIVIACIÓN:
• Las pilas de material mineralizado se riegan con una solución de agua con
ácido sulfúrico que disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados,
formando una solución de sulfato de cobre. Esta solución se escurre a
través de la pila, se recoge, luego se purifica y se concentra antes de
llevarla al electro-obtención.
Lixiviación de minerales de cobre• Los minerales de cobre en sus diferentes menas, se encuentran en la
naturaleza asociados entre sí y con otras especies mineralógicas, más o
menos diseminadas dentro de una roca matriz con la ganga
correspondiente. Para el desarrollo de un proyecto de lixiviación es
necesario un conocimiento de las características del yacimiento y de la
mena, y los factores que influyen en la lixiviación.
• En particular respecto a las características del yacimiento es importante
considerar:
• Su composición mineralógica, por las interferencias que puedan producir
en la lixiviación las diferentes especies conteniendo o no cobre.
• Diseminación de las especies: frecuencia y tamaños de los granos
• Carácter de la ganga, ya que ciertos minerales pueden estar dentro de una
ganga carbonatada y consumir ácido haciendo el proyecto inviable
económicamente.
• Características físicas de la mena (cantidad de finos o lamas), así como sus
propiedades de porosidad y permeabilidad, que son fundamentales en una
lixiviación estática.
• Comportamiento de la roca en el chancado, en cuanto a crear o aumentar
la fracturación, exponiendo una mayor superficie al ataque químico.
Selección de agentes lixiviantes Teniendo en cuenta las características del mineral, así como las reservas y
el valor potencial del yacimiento, se selecciona el o los agentes lixiviantes
más idóneos. Para ello se realizan diferentes caracterizaciones
mineralógicas previas que permiten determinar los valores iniciales para
realizar posteriormente las pruebas de laboratorio de lixiviación en
columnas unitarias.
El ideal sería elegir un solo agente químico, que sea económico y
recuperable, y un ciclo de lixiviación lo más corto posible (ojalá uno solo),
para extraer un máximo de cobre y un mínimo de impurezas, lo cual es
difícil en la mayoría de los casos.
En la elección del proceso es fundamental conocer la cinética de la
reacción química que las influyen, mediante las diversas fases de
investigación en laboratorio. Para ello se hacen análisis preliminares en
botellas rotatorias y en columnas o vasijas, según si el mineral es apto a la
lixiviación estática o dinámica.
Por último, al seleccionar previamente el agente lixiviante se debe
considerar el proceso posterior de recuperación del cobre a partir de la
solución madre. Así, por ejemplo, si el lixiviante es el sulfato férrico, deben
tenerse en cuenta los efectos perjudiciales del aumento de iones férricos en
la solución, para un posterior proceso de cementación (alto consumo de
chatarra) o electrodepositación (mala eficiencia de corriente en electrólisis)
o extracción por disolventes (purificación de hierro).
En la lixiviación de minerales de cobre, los reactivos normales suelen ser
ácido sulfúrico para minerales oxidados y sulfato férrico acidificado en
medio oxidante, para minerales sulfurados.
Se distinguen dos casos:
Lixiviante natural: Producido por las aguas de lluvia que percolan en el yacimiento, atacando
las superficies expuestas y produciendo un lixiviante con contenidos
variables de ácido, hierro e incluso cobre, según la estación del año y zonas
de producción. Son las aguas de desagüe de minas.
• Puede ocurrir que, mezclando aguas de distintas procedencias con sulfato
férrico suficiente, se controla tan sólo el pH bajo (añadiendo ácido
sulfúrico), para regular la acidez e impedir la precipitación del hierro
trivalente a hidróxido, que origina bastantes dificultades en la lixiviación. En
caso de escasez de agua, se recircula parte de la solución estéril o se
aportan aguas más frescas de otras procedencias.
Lixiviante preparado: • Se emplea el hierro trivalente en forma de sal ácida (sulfato férrico), cuya
concentración en Fe3+ y ácido se ajusta según la investigación y
experiencia práctica. Normalmente, las soluciones empleadas no suelen ser
muy concentradas. El ácido varía entre 4 y 10 % y el hierro, alrededor del
1%. En algunos casos hay una regeneración del lixiviante en el propio
proceso.
• Las soluciones estériles se recirculan o rechazan, con o sin depuración. La
recirculación conlleva un aumento de compuestos tales como hierro,
sulfatos, arsénico, cloro, ácidos, etc. Este aumento, sobre todo en
sustancias nocivas como el As, Cl, ácidos, etc., puede ser perjudicial al
proceso en sí o en estados posteriores, por lo que debe efectuarse una
depuración o sangrías, periódicamente.
• Entre los agentes lixiviantes en la minería del cobre se cuentan agentes
lixiviantes ácidos y básicos.
• El agente lixiviante más usado para minerales oxidados es el ácido
sulfúrico, por lo que las soluciones que entran a electroobtención son de
CuSO4 H2SO4 más impurezas, de modo que fundamentalmente se tienen
iones de Cu+2, H+, SO4-2, SO+2.
• La elección del agente químico de lixiviación va a depender de su costo,
disponibilidad, estabilidad química, selectividad y grado de generación de
soluciones ricas en mineral, de tal forma que sea lo más económico y fácil
de trabajar.
2. EXTRACCIÓN POR SOLVENTES (SX)
La extracción por solventes (SX), es uno de los procesos más efectivos y
económicos para purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se
encuentran en las soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de
lixiviación. Este proceso encuentra su principal aplicación en la producción
de cobre, específicamente en la separación selectiva de metales, que luego
se recuperan mediante el proceso de electroobtención, a través de
soluciones de sulfato de cobre. También se utiliza para la recuperación de
uranio, vanadio, molibdeno, zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierras
raras, metales preciosos, cadmio, germanio, berilio y boro, entre otros.
Básicamente, la extracción por solventes es una operación de transferencia
de masas en un sistema de dos fases líquidas. Se llama también
intercambio iónico líquido y se fundamenta en el principio por el cual un
soluto o ion metálico puede distribuirse en cierta proporción entre dos
solventes inmiscibles, uno de los cuales es usualmente acuoso y el otro un
solvente orgánico como benceno, kerosene, cloroformo o cualquier solvente
inmiscible al agua.
Lo anterior es posible debido a que ciertos reactivos químicos orgánicos,
tienen un alto grado de afinidad selectiva con determinados iones
metálicos, formando compuestos organometálicos y a su vez, no tienen casi
ninguna afinidad con iones contaminantes tales como iones de hierro,
calcio, magnesio, aluminio, etc.
Por esta razón, la principal aplicación de la extracción por solventes es la
separación selectiva de metales. La posterior obtención de dichos metales
se realiza mediante un proceso de electro obtención aplicada a soluciones
de sulfato de cobre.
Etapas y mecanismos de la extracción por solventes
La extracción por solventes consiste en un proceso de purificación y
concentración de soluciones basada en la separación del elemento de interés -
como el cobre - desde las soluciones de lixiviación. Para ello se utiliza un
medio extractante líquido de alta selectividad al elemento a separar, pero
inmiscible en dicha solución.
En el proceso global de la extracción por solventes se distinguen tres
momentos fundamentales, que consisten en:
El líquido extractante se agrega a la solución primaria y se conecta con el ion
metálico, que queda formando parte del extractante.
Enseguida, este complejo extractante - ion metálico - es separado de la
solución y llevado a una solución secundaria en el ion metálico.
En esta solución secundaria se produce la re-extracción o descarga, es decir,
el elemento de interés es nuevamente devuelto a una solución acuosa, pero
exenta de impurezas, óptima para el proceso siguiente de electroobtención.
En general, en el proceso de extracción por solventes se reconocen dos etapas
fundamentales: la etapa de “extracción” propiamente tal y la de “re-extracción o
stripping”, también llamada “descarga”.
3. REMOCIÓN:
La sustancia orgánica cargada pasa a un circuito que contiene electrolito
pobre, que extrae el metal del reactivo orgánico, subiendo la concentración de
cobre en dicho electrolito de 30 g/l a 45 g/l aproximadamente.
4. ELECTRO-OBTENCIÓN:
• Es una electrólisis, es decir un proceso mediante el cual se separa un
compuesto cobre en este caso, de otros, usando para ello la electricidad.
Así, se recupera el cobre desde la solución desarrollada en la lixiviación,
obteniéndose cátodos de la más alta pureza (99,99%).
Procesos de electrobtención (EW) La precipitación por reducción electrolítica -comúnmente conocida como
electroobtención o electrodepositación, es uno de los procedimientos
actuales más sencillos para recuperar -en forma pura y selectiva- metales
que se encuentren en solución.
La electroobtención es particularmente interesante en el proceso de
producción de cobre, ya que prácticamente todo el cobre de uso industrial a
nivel mundial, requiere del grado de pureza establecido por los estándares
del cobre electrolítico.
Básicamente, este proceso consiste en recuperar el metal desde una
solución de lixiviación debidamente acondicionada (solución electrolito), y
depositarlo en un cátodo, utilizando un proceso de electrólisis.
Para ello se hace circular a través de la solución electrolito, una corriente
eléctrica continua de baja intensidad entre un ánodo (la solución misma) y
un cátodo. De esta manera, los iones del metal de interés (cationes) son
atraídos por el cátodo (polo de carga negativa) depositándose en él, y las
impurezas quedan disueltas en el electrolito y también precipitan en
residuos o barros anódicos.
La electroobtención es un proceso de una gran importancia económica, ya
que permite recuperar metales como cobre, oro y plata- a partir de recursos
lixiviables que de otra forma serían inviables.
Metal Electrolito Cátodo Comentario
Cobr
e
Solución de
sulfato
Acero
inoxidable
Soluciones de lixiviación de alta
ley o tras la extracción por
solventes.
5. CÁTODOS:
Los cátodos obtenidos son examinados cuidadosamente. Aquellos
seleccionados son apilados, pesados y embalados para su despacho.
En la EW de cobre se usan placas madre las que originalmente eran de titanio
o de cobre recubierto con un aceite conductor, para facilitar el despegue del
depósito, pero que actualmente son de acero inoxidable.
Luego de la depositación durante un tiempo aproximado de 24 horas, el metal
que se ha adherido se desprende de la placa madre. Las láminas se estiran y
planchan, y se les agregan como soporte dos trozos previamente recortados
de las mismas láminas, llamados "orejas". Para continuar la depositación en
las llamadas "celdas comerciales", se cuelgan mediante una barra de cobre,
para luego continuar la depositación por unos 5 a 7 días. Esta tecnología aún
se usa en aplicaciones antiguas.
MINERAL SULFURADO (COMBINADO CON AZUFRE)
1. FLOTACIÓN:
En esta etapa se genera espuma, cuyas burbujas atrapan el cobre y otros
minerales sulfurados contenidos en la pulpa. Luego de varios ciclos, se recolecta y
se seca esta espuma para obtener el concentrado de cobre que continúa su
purificación.
Durante este proceso, el mineral
molido se adhiere superficialmente a
burbujas de aire previamente
insufladas, lo que determina la
separación del mineral de interés.
La adhesión del mineral a estas
burbujas de aire dependerá de las
propiedades hidrofílicas (afinidad con
el agua) y aerofílicas (afinidad con el
aire) de cada especie mineral que se requiera separar de las que carecen de valor
comercial y que se denominan gangas.
En la etapa previa (molienda), se obtiene la roca finamente dividida y se le
incorporan los reactivos para la flotación. El propósito es darle el tiempo necesario
de residencia a cada uno de los reactivos para conseguir una pulpa homogénea
antes de ser utilizada en la flotación. Con la pulpa (o producto de la molienda) se
alimentan las celdas de flotación.
Al ingresar la pulpa, se hace burbujear aire desde el interior y se agita con un aspa
rotatoria para mantenerla en constante movimiento, lo que facilita y mejora el
contacto de las partículas de mineral dispersas en la pulpa con los reactivos, el
agua y el aire, haciendo que este proceso se lleve a cabo en forma eficiente.
Esquema adhesión selectiva
B: burbuja; P: partícula
s - g: sólido - gas; s - l: sólido - líquido
Esquema de celda de flotación
Pocas partículas de especies minerales tienen flotabilidad natural. Es decir, no
forman una unión estable burbuja-partícula. Esto dificulta el proceso de flotación y
hace necesario invertir las propiedades superficiales de las partículas minerales.
Para ello deben mutar su condición hidrofílica a propiedades hidrofóbicas
mediante el uso de un reactivo colector. Además, es necesario que posean el
tamaño adecuado para asegurar una buena liberación de las especies minerales.
1.1. Reactivos utilizados:
A. Reactivos espumantes: 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.
B. Reactivos colectores: favorecen la condición hidrofóbica y aerofílica de las
partículas de sulfuros de los metales que se quiere recuperar, para que se
separen del agua y se adhieran a las burbujas de aire. Deben utilizarse
seleccionando el mineral de interés para impedir la recuperación de otros
minerales.
C. Reactivos depresantes: se utilizan para provocar el efecto inverso al de
los reactivos colectores, esto es, para evitar la recolección de otras
especies minerales no deseadas en el producto que se quiere concentrar y
que no son sulfuros.
D. Modificadores de pH: sirven para estabilizar la acidez de la pulpa en un
valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que
el proceso de flotación se desarrolle con eficiencia.
Las burbujas de aire generadas arrastran consigo hacia la superficie los
minerales sulfurados, rebasando el borde de la celda de flotación hacia
canaletas donde esta pulpa es enviada a la etapa siguiente.
1.2. Mineral de Cobre concentrado en las burbujas
Este proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que en cada uno de ellos se
vaya produciendo un producto cada vez más concentrado.
Adicionalmente, se puede realizar un segundo proceso de flotación, con el fin de
recuperar el concentrado de otro metal de interés. El procedimiento es igual que el
anterior, pero utilizando reactivos y acondicionadores de pH distintos, lo que
permite obtener concentrados de dos metales de interés económico.
La primera flotación se denomina colectiva, donde el concentrado contiene dos o
más componentes, y la segunda corresponde a laflotación selectiva, donde se
efectúa una separación de compuestos complejos en productos que contengan no
más de una especie individual. Un ejemplo de esto es la flotación de cobre y de
molibdenita.
1.3. Etapas del proceso de flotación
La flotación contempla tres fases:
a. Fase sólida: corresponde a las materias que se quiere separar (material
mineral).
b. Fase líquida: es el medio en que se llevan a cabo dichas separaciones.
c. 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.
Celda de flotación mecánica
Celdas de flotación: Las hay de 3 tipos.
a. Mecánicas: son las más comunes, caracterizadas por un impulsor
mecánico que agita la pulpa y la dispersa.
b. Neumáticas: carecen de impulsor y utilizan aire comprimido para agitar y
airear la pulpa.
c. Columnas: tienen un flujo en contracorriente de las burbujas de aire con la
pulpa, y de las burbujas mineralizadas con el flujo de agua de lavado.
Los productos de la flotación contienen habitualmente entre un 50% y 70% de
sólidos. Gran parte del agua contenida en las pulpas producidas por la flotación es
retirada en los espesadores de concentrado y cola, los que realizan
simultáneamente los procesos de sedimentación y clarificación. El producto
obtenido en la descarga de los espesadores de concentrado puede contener entre
50% y 65% de sólidos. El agua remanente en estos concentrados espesados es
posteriormente retirada mediante filtros hasta obtener un valor final que va desde
un 8% hasta un 10% de humedad en el producto final. Este último es la
alimentación para la siguiente etapa.
2. ESPESADO Y FILTRADO DE LOS CONCENTRADOS
2.1. Eliminación de agua de los concentrados:
Con el proceso de flotación, hemos terminado el estudio de la parte principal de la
concentración de minerales que es la obtención de los concentrados; sin embargo
estos concentrados constituidos por espumas y mezclas de sulfuros valiosos
contienen mucha agua, es necesario quitar todo el agua que sea posible, por ser
negativo para su manipuleo y transporte, mediante las siguientes operaciones
sucesivas
- En el espesamiento se comienza la eliminación de la mayor cantidad de agua
contenida en las espumas, aquí se incrementa la densidad de la pulpa
- Con la filtración, procuramos quitar todo lo que se pueda del agua que ha
quedado después del espesamiento, hasta obtener un producto de 8 a 10 % de
agua
2.2. Espesamiento de concentrados
Esta operación tiene por objeto espesar las espumas resultantes de la flotación.
Esta operación se realiza en los espesadores, que en su modelo tradicional son
recipientes de forma cilíndrica con fondo en forma de cono de gran ángulo, para
facilitar la descarga de la pulpa
2.3. Sedimentación
Es el acto de asentamiento de partículas sólidas en un medio fluido, bajo la fuerza
de la gravedad, centrífuga, magnética o eléctrica. Ósea, es la operación
consistente en separar de una suspensión un fluido claro que sobrenada y un lodo
bastante denso que contenga una elevada concentración de materias sólidas. En
la industria la sedimentación de las suspensiones acuosas es un proceso continuo
que se realiza en los llamados espesadores; que son grandes depósitos cilíndricos
o rectangular; recipientes de cono invertido equipados con rastrillos de movimiento
lento para el arrastre de los lodos espesados hacia un orificio central de descarga.
El producto de la flotación llega por un canal de alimentación a un recipiente
alimentador situado en la parte superior central del tanque. La suspensión
precipitada forma un lodo espeso que se descarga por el fondo. El fluido claro
fluye hacia los bordes del depósito, es descargados por el rebose sobre el borde
periférico
2.4. Espesadores
Los espesadores son tanques o aparatos que sirven para espesar los
concentrados y relaves de la flotación, por el procedimiento de quitarles parte del
agua que contiene, es decir el trabajo de los espesadores es mantener en
movimiento las pulpas de concentrado y relave, asiéndolos más densos y espesos
por la eliminación de cierto porcentaje de agua, el agua clara rebalsa por la parte
superior por canales
El espesador es un aparato que trabaja en forma continua, tiene un rastrillo que
sirve para empujar lentamente, hacia el centro las partículas sólidas que se van
asentando en el fondo en forma de barro espeso, a fin de sacarlos por la descarga
(cono). Al mismo tiempo los rastrillos evitan que el lodo se endurezca demasiado
en el fondo; y si no existieran estos no habría forma de sacarlos o descargarlos
3. FILTRADO DE CONCENTRADOS
Es la operación de quitar todo lo que se pueda el agua después del espesado,
para ello intervienen dos elementos principales: El medio filtrante y la succión por
vacío La filtración es una operación, en la que una mezcla heterogénea de un
fluido y de las partículas de un sólido se separa en sus componentes, gracias al
concurso de un medio filtrante que permite el paso del fluido, pero retiene las
partículas del sólido
En todos los tipos de filtración, la mezcla o lodo fluye debido a la acción impulsora,
como la gravedad, la presión (o el vacío) o la fuerza centrífuga. El medio filtrante
retiene y soporta a las partículas sólidas que van formando una torta porosa sobre
la que se superponen estratos sucesivos a medida que él líquido va atravesando
la torta y el medio filtrante
Los filtros se clasifican dé acuerdo con la naturaleza de la fuerza impulsora que
provoca la filtración
3.1. FILTROS POR GRAVEDAD
Los filtros por gravedad constituyen el tipo más sencillo y antiguo, los filtros de
arena están formados por depósitos de fondo perforado llenos de arena porosa, a
través de la cuál pasa el fluido en flujo laminar
Son muy utilizados en el tratamiento de grandes cantidades de fluidos que solo
contienen pequeña porción de materiales sólidos en suspensión como en la
purificación de las aguas
Los depósitos pueden construirse de madera, acero o de otro metal adecuado,
más para el tratamiento de las aguas se hace generalmente de cemento
3.2. Filtros de placas y marcos (filtros prensa)
Existen gran número de tipos distintos de filtros de prensa, que utilizan placas y
marcos. El más sencillo posee un conducto único para la introducción de la
suspensión y del líquido lavado y un solo orificio en cada placa para el desagüe
del líquido filtrado
La presión ejercida sobre la suspensión de alimentación al filtro prensa obliga al
filtrado a pasar a través de las telas a cada lado de las placas y a circular hacía la
salida por el espacio que existe entre la tela y la placa
Las materias sólidas en suspensión se acumulan en las telas o paños a ambos
lados de las placas
Al cabo del tiempo necesario solo resta disponible para la suspensión una
pequeña parte del espacio libre originalmente existente entre las placas y debe
interrumpirse la llegada de alimentación
Después de lavada la torta se interrumpe la afluencia de líquido de lavado, la torta
se desprende y cae en un depósito situado bajo el filtro prensa
4. SECADO DE CONCENTRADOS
El concentrado húmedo proveniente del domo de mezcla, es almacenado en
tolvas desde donde ingresa a las líneas de secado de cada equipo de fusión que
cuenta con secadores calefaccionados con vapor de agua En esta etapa la
humedad original del concentrado (entre 6% y 8%) se reduce a niveles que oscilan
entre 0,2% y 0,3%.
El concentrado va reduciendo sus niveles de humedad a medida que avanza
dentro un tambor metálico. En el interior circula vapor a temperatura de 180ºC, por
un serpentín que permite la transferencia de calor por radiación y convección. El
calor requerido para el secado es suministrado por vapor saturado, a una presión
de 20 bares, proveniente desde calderas de recuperación de calor de los gases
generados en el proceso de fundición y que se encuentran asociadas a los
respectivos hornos de fusión y conversión.
Los vahos producidos por el proceso de secado, compuestos por aire de purga
(vapor de agua desprendido del concentrado y polvo arrastrado), pasan a un filtro
de mangas donde se recuperan las partículas en suspensión, para ser dirigidas a
las tolvas de almacenamiento de concentrado seco. Los vahos limpios son
descargados a la atmósfera. El vapor condensado producto del proceso es
conducido por cañerías a un estanque recuperador de condesados para su
reutilización.
Debido a que la temperatura de operación del secador es de 180 ºC, no se
generará emisión de SO2 al ambiente, ya que el azufre solo reacciona con el
oxígeno a una temperatura superior a los 300 ºC. En algunos casos puntuales, el
grado de humedad del concentrado a tratar se convierte en un parámetro
importante, como en la alimentación a los procesos de fusión flash, en los que el
concentrado es transportado suspendido en aire enriquecido o en oxígeno. Así, los
procedimientos Outokumpu e INCO consideran una etapa de secado de
concentrado en un secador rotatorio previo a su tratamiento. Outokumpu y
Convertidor Teniente en particular, necesitan grados de humedad inferiores al
0,2%.
5. TOSTACIÓN PARCIAL DE CONCENTRADOS
La tostación consiste en la oxidación parcial de los sulfuros del concentrado y en
la eliminación parcial del azufre de éste como SO2 y 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.
6. FUNDICIÓN:
• El proceso de fundición
va desde la recepción y
clasificación del
concentrado de cobre,
hasta la producción de
ánodos de 99,6 a 99,7%.
• El principal objetivo de la
fundición es separar en
el concentrado de cobre
otros minerales e
impurezas. Para esto el concentrado de cobre se funde en hornos de
reverbero desde donde se obtiene la escoria y el eje (o mata) que contiene
45 a 48% de cobre.
• El eje o mata es llevado a los hornos convertidores donde se separa el
azufre y el fierro obteniéndose metal blanco que contiene 70 a 75% de
cobre.
• El metal blanco es llevado a un proceso de conversión desde donde se
obtiene el cobre blister que tiene un 96% de cobre.
• Este cobre es llevado al proceso de pirorrefinación donde se obtiene el
cobre anódico que contiene 96,6 a 96,7% de cobre.
7. CONVERSIÓN DE EJE DE ALTA LEY
En la etapa de conversión, el sulfuro ferroso se oxida formando dióxido de azufre,
mientras que el óxido ferroso se une con la sílice y cal para formar escoria,
esencialmente ferrítica. El calor de formación de esta escoria, junto con el
producido en la oxidación del azufre y el hierro, es suficiente para mantener los
diferentes materiales en estado fundido. Cuando se ha oxidado todo el azufre
asociado con el hierro, el eje de alta ley (sulfuro cuproso) también se oxida y, tan
pronto como se ha formado una cantidad apreciable de óxido cuproso, éste
reacciona con el sulfuro cuproso para formar cobre blíster y dióxido de azufre,
según las siguientes reacciones que ocurren hasta que se consume prácticamente
todo el azufre:
Respecto de las impurezas presentes en el eje de alta ley, una parte importante
del arsénico, antimonio, plomo y zinc se volatiliza en forma de óxidos, mientras
que la plata y el oro permanecen en el cobre blíster.
La tecnología de conversión considerada en esta descripción de una fundición
moderna, corresponde a Hornos Flash u Hornos de Conversión Inmediata
Outokumpu / Kennecott (FCF).
Los principales insumos requeridos en el proceso de conversión son: cal fina (95%
CaO promedio), oxígeno técnico (95% O2, en promedio) y aire de distribución. El
enriquecimiento del aire en proceso es 70% de oxígeno promedio.
En la torre de reacción se encuentra el quemador donde se alimenta la carga. Una
lanza central, con aire enriquecido, facilita su distribución con la consecuente
reacción el sulfuro contenido, lo que genera el calor de fusión requerido para el
correcto funcionamiento del proceso.
El material se funde de manera instantánea (flash) produciendo cobre blíster,
escoria y gases metalúrgicos con altos contenidos de SO2 (35%-45%). La
temperatura de la reacción exotérmica alcanza hasta los 1.450 ºC y el calor
generado es transferido a los productos fundidos, gases metalúrgicos y al sistema
de refrigeración de la torre constituido por elementos de cobre refrigerados por
agua, insertos en el revestimiento refractario de la misma.
El calor retirado desde el horno por las chaquetas de cobre refrigeradas por agua,
con circuito cerrado de agua tratada e intercambiadores de calor, es eliminado
mediante un sistema secundario que no considera torres de enfriamiento, sino una
solución radiactiva conectiva mediante el uso de refrigeradores aleteados y
ventiladores de aire forzado.
Los materiales fundidos son depositados en el decantador (settler) del FCF, que
corresponde a una estructura metálica rectangular revestida interiormente de
refractarios y elementos de enfriamiento similares a los de la torre de reacción,
pero con geometría distinta. Estos materiales son evacuados desde settler, una
vez que la separación de fases (blister y escoria) esté claramente definida debido
a su diferencia de densidades y pesos específicos.
El decantador del horno posee placas de sangría para blister y placas de escoria.
Estas canaletas que tienen una plancha metálica de acero refrigerada y recubierta
con ladrillo refractario, son selladas y ventiladas para evitar el escape de gases y
mantener la temperatura adecuada para el sangrado.
La producción de cobre blíster alcanzará un contenido promedio de cobre de
99.0%. La secuencia de sangría del blíster fundido está configurada de acuerdo a
la disponibilidad operacional de los hornos de ánodos.
La escoria producida en el FCF es evacuada mediante canaletas selladas, de
características similares a las utilizadas para el blíster, hacia una etapa de
granallado. Dado el contenido metálico de la escoria granulada (17.6% de cobre),
es transferida por camiones al área de almacenamiento de concentrados para su
reprocesamiento como carga fría al HF.
8. REFINACIÓN Y MOLDEO DE ÁNODOS
El cobre blíster obtenido de la etapa de conversión aún contiene impurezas y
materiales valiosos tales como plata, oro, arsénico, antimonio, bismuto y hierro,
por lo que debe ser refinado en los hornos anódicos. La operación de los hornos
de refinación es cíclica (batch) y está constituida por las siguientes etapas:
Llenado, Oxidación, Escoriado, Reducción y Vaciado.
Cada horno opera de forma secuencial, de acuerdo con las cinco etapas
mencionadas. Completada la carga del horno, se inicia la etapa de oxidación, que
permite remover el sulfuro contenido en el blíster hasta un nivel de 50 ppm. Para
tal efecto se inyecta al baño fundido aire enriquecido con oxígeno. Adicionalmente
se renuevan otras impurezas contenidas en el cobre blíster, inyectándose vía
toberas, si es necesario, pequeñas cantidades de cal, que permiten la formación
de una escoria que se descarta por sangrado y posteriormente es recirculado.
Una vez limpio el cobre, se inicia la etapa de reducción del nivel de oxígeno
presente en el baño fundido, mediante la inyección de gas natural fraccionado con
vapor de aire. Así se obtiene cobre anódico con un contenido de cobre de un
99,6%.
El cobre anódico se extrae del horno de ánodos por una canaleta cubierta, a la
rueda de moldeo que va girando, produciéndose la soldificación del ánodo fundido
por contacto con el aire ambiente.
Un equipo especialmente diseñado, toma automáticamente los ánodos
solidificándolos y los deposita en estanques longitudinales de enfriamiento con
agua. Desde los estanques, los ánodos son sacados por un montacargas y
depositados en un área dedicada.
9. ELECTRORREFINACIÓN
La electrorrefinación se lleva a cabo mediante el sistema múltiple (paralelo), en el
que ánodos y cátodos están intercalados en un acomodo eléctricamente en
paralelo en el interior de la celda electrolítica. Con este sistema, todos los ánodos
están a un solo potencial eléctrico y todos los cátodos están en otro potencial más
bajo. Cada ánodo está colocado entre dos cátodos, de manera que se disuelven
electroquímicamente a velocidad similar.
Las celdas están conectadas en serie para formar secciones. Cada serie, de 26 a
42 celdas, constituye una parte independiente que puede ser aislada eléctrica y
químicamente para las operaciones de colocación y retiro de electrodos, limpieza
de residuos y mantenimiento.
Proceso de electrorrefinación:
Las secciones están conectadas
eléctricamente para que la tensión
total sea del orden de 100 a 250 V
dependiendo del equipo de
rectificación CA/CD de la planta.
Las celdas de refinación
electrolítica están hechas de
concreto reforzado (en forma de
bloques o de monolito), revestidas
con plomo antimonial (de 3 a 6 % de Sb) o láminas de PVC blando. En años
recientes ha habido una tendencia hacia el uso de revestimientos y materiales de
tubería orgánicos para toda la refinería, particularmente cloruro de polivinilo. Estos
materiales son más ligeros que el plomo y su resistencia al deterioro en un medio
ácido es satisfactoria.
DIAGRAMAS DE FLUJO (Programa Visio)
MÉTODOS DE SEPARACIÓN CON REACCIONES QUÍMICAS DEL PROCESO PRODUCTIVO DEL COBRE:
Nomenclatura Cambios Químicos (reacciones)
Proceso de lixiviación
Óxido de cobre + ácido sulfúrico---sulfato de cobre + cobre + agua.Cobre + sulfato de hierro---sulfato de cobre + sulfato de hierro.Óxido de cobre + ácido sulfúrico + sulfato de hierro---sulfato de cobre + agua +sulfato de hierro.
Proceso de Tostado
Azufre + Oxígeno--.Dióxido de azufre
Proceso de Fundición
Sulfuro de cobre + Óxido de cobre---cobre + Dióxido de sulfuro.
Sulfuro de cobre + Sulfuro de hierro---Sulfuro de cobre + óxido de hierro.
Proceso de conversión
Sulfuro de cobre + Óxido de cobre---cobre + Dióxido de sulfuro.
Proceso Extracción por solventes
EL IMPACTO AMBIENTAL DE LA MINERÍA
La actividad minera, como la mayor parte de las actividades que el hombre realiza
para su subsistencia, crea alteraciones en el medio natural, desde las más
imperceptibles hasta las representan claros impactos sobre el medio en que se
desarrollan.
Esto nos lleva a definir el concepto de impacto ambiental de una actividad: la
diferencia existente en el medio natural entre el momento en que la actividad
comienza, el momento en que la actividad se desarrolla, y, sobre todo, el
momento en que cesa.
Estas cuestiones, que hace algunos años no se percibían como un factor de
riesgo para el futuro de la humanidad, hoy se contemplan con gran preocupación,
que no siempre está justificada, pues el hombre viene alterando el medio desde
que ha sido capaz de ello, pero ciertamente los abusos cometidos en este campo
han hecho que crezca la conciencia de la necesidad de regular estos impactos. De
cualquier manera, también debe quedar claro que el hombre necesita los recursos
mineros hoy, y los necesitará en el futuro. Otro punto a destacar es que la
actividad minera es infinitamente menos impactante que otras actividades
industriales, como el desarrollo de obras civiles (impacto visual, modificación del
medio original) y la agricultura (uso masivo de productos químicos: pesticidas,
fertilizantes).
Así, en el momento actual existen normativas muy estrictas sobre el impacto que
puede producir una explotación minera, que incluyen una reglamentación de la
composición de los vertidos líquidos, de las emisiones de polvo, de ruidos, de
restitución del paisaje, etc., que ciertamente a menudo resultan muy problemáticos
de cumplir por el alto costo económico que representan, pero que indudablemente
han de ser asumidos para llevar a cabo la explotación.
Por otra parte, hay que tener en cuenta que la actividad minera no solo produce un
impacto ambiental, es decir, sobre el medio ambiente. También produce lo que se
denomina Impacto Socioeconómico, es decir, una alteración sobre los modos de
vida y la economía de la región en la que se implanta, que pueden ser en unos
casos positivos y en otros, negativos.
EFECTOS SOBRE EL MEDIO AMBIENTE COBRE
La producción mundial de
cobre está todavía creciendo.
Esto básicamente significa que
más y más cobre termina en el
medioambiente. Los ríos están
depositando barro en sus
orillas que están contaminados
con cobre, debido al vertido de
aguas residuales contaminadas del mismo. El cobre en el aire permanece por un
período de tiempo eminente, antes de depositarse cuando empieza a llover. Este
terminará mayormente en los suelos, como resultado los suelos pueden también
contener grandes cantidades de cobre después de que esté sea depositado desde
el aire.
El cobre puede ser liberado en el medioambiente tanto por actividades humanas
como por procesos naturales. Ejemplo de fuentes naturales son las tormentas de
polvo, descomposición de la vegetación, incendios forestales y aerosoles marinos.
Unos pocos de ejemplos de actividades humanas que contribuyen a la liberación
del cobre han sido ya nombrados. Otros ejemplos son la minería, la producción de
metal, la producción de madera y la producción de fertilizantes fosfatados. Es a
menudo encontrado cerca de minas, asentamientos industriales, vertederos y
lugares de residuos.
Cuando el cobre termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia
orgánica y minerales. Como resultado este no viaja muy lejos antes de ser
liberado y es dificil que entre en el agua subterránea. En el agua superficial el
cobre puede viajar largas distancias, tanto suspendido sobre las partículas de
lodos como iones libres.
No se rompe en el ambiente y por eso se puede acumular en plantas y animales
cuando este es encontrado en suelos. En suelos ricos en cobre sólo un número
pequeño de plantas pueden vivir. Por esta razón no hay diversidad de plantas
cerca de las fábricas de cobres, es una seria amenaza para la producción en las
granjas. El cobre puede seriamente influir en el proceso de ciertas tierras
agrícolas, dependiendo de la acidez del suelo y la presencia de materia orgánica.
A pesar de esto el estiércol que contiene cobre es todavía usado.
El cobre puede interrumpir la
actividad en el suelo, su
influencia negativa en la
actividad de microorganismos
y lombrices de tierra. La
descomposición de la materia
orgánica puede disminuir
debido a esto.
Cuando los suelos de las granjas están contaminados con cobre, los animales
pueden absorberlo dañando su salud. Principalmente las ovejas sufren un gran
efecto por envenenamiento con cobre, debido a que los efectos del cobre se
manifiestan a bajas concentraciones.
BIBLIOGRAFÍACosta, J. (2003) Proceso de Separación, Barcelona, España: Editorial Reverte S.A
Bande J. (1988) Situación y perspectivas de la minería del cobre, Lima, Perú: Editorial Centro de Estudios y Promoción del desarrollo
LINKOGRAFÍAEl cobre (s.f.). Recuperado el 05 de octubre de 2015,
de http://www.codelco.com/cu_zonacobre/cobre.asp
Proceso de extracción (s.f.). Recuperado el 01 de octubre de 2015,
de http://www.codelcoeduca.cl/proceso/extraccion/audiovisuales/perforacion.html
Proceso productivo del cobre (s.f.). Recuperado el 02 de octubre de 2015,
de http://www.southernperu.com/ESP/opinte/Pages/PGProcesoProductivo.aspx
Proceso de extracción del cobre (s.f.). Recuperado el 09 de octubre de 2015, de
http://es.procesodeextracciondelcobre.wikia.com/wiki/Wiki_Proceso_de_extracci
%C3%B3n_del_cobre