castillo examen modi

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TOSTACION DE CONC. DE COBREEsquema de la Pirometalúrgia del Cobre

FLOTACIONFLOTACION

PROCESOS CONTINUOSPROCESOS

CONTINUOS

FLASH SMELTING

FLASH SMELTING

REVERBEROREVERBERO

TOSTACIONTOSTACION

REFINACION ELECTROLITICA

REFINACION ELECTROLITICA

AFINO Y MOLDEOAFINO Y MOLDEO

CONVERTIDORCONVERTIDORMata

Mineral Sulfurado

Cobre Blister

Anodo

Cátodo

H. ELECTRICOH. ELECTRICO

Conc. Cu

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TOSTACIONLECHOS DE FUSION

• Los circuitos de Pb, Cu, Ambos circuitos están diseñados para procesar materiales polimetálicos y obtener cuatro metales básicos: Cu, Pb, Ag, Au.

• La preparación de los LF trata de sacar la mejor ventaja de todos los concentrados, fundentes, recirculantes, transferencias y misceláneos que se reciben en la planta de preparación.

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Planta de Preparación• Forma parte del circuito de Cu y efectúa las funciones de

recepción, preparación y distribución de los materiales que ingresan a la fundición.

• La PP tiene por objeto principal preparar los fundentes, recirculantes, transferencias y misceláneos procedentes de las diferentes líneas operativas, los que juntamente con los concentrados y minerales forman los llamados “Lechos de Fusión” (camas). La PP consta de cinco secciones:

• Sección Puente.- Recepciona y almacena temporalmente los minerales y productos

• Sección Bolsas.- Recepcionan y transportan los concentrados directamente a los LF.

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• Sección Molinos.- Encargado del chancado, molienda y tamizado de los materiales y productos

• Sección Patio.- Encargado del movimiento de materiales de los depósitos

• Sección Canteras.- Explota y transporta cal y sílice desde las canteras de Shincamachay y Huislamachay.

• La PP trabaja en forma interrelacionada con la planta de muestras (pertenece al Dpto. de Control de Calidad) toma muestras para la humedad y calidad

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• Mezcla de tres clases de componentes:– Concentrados– Fundentes– Recirculantes

• El afinamiento o topoff consiste en el regulamiento físico químico de la cama.

Etapas:Afinamiento o topoff• Calcula la cantidad estequiométrica de fundentes que debe

ser añadida al concentrado.

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• Permite en la tostación la eliminación parcial del azufre y la formación de una mata

• Preparación de la cama• Obtener una mezcla homogénea de concentrados, fundentes

y recirculantes.• Concentrados:

H2O 10%Zn debe ser mínimo;

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• Fundentes: Su función de estos compuestos es de reducir los puntos de fusión de óxidos metálicos durante la fusión. sirven para bajar la temperatura de fusión.

• Fundente P.F. SiO2 1710 ºC Al2O3 2050 ºC Fe2O3 1541 ºC CaO 2570 ºC MgO 2800 ºC

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• Caliza: La cal disminuye el peso específico y punto de fusión de la escoria.

• Sílice: Fundente ácido más empleado; El tamaño promedio de los fundentes debe ser de 1/4”.

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• Pirita de Plata: se utiliza para aprovechar su contenido de plata el cual se disuelve durante la fusión formando parte de la mata.

• Recirculantes: Se forman continuamente dentro del circuito; es necesario usarlo en la preparación de lechos para recuperar su riqueza metálica.

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• Los siguientes materiales deben pasar por la sección molino:

Cal Shincamachay

Sílice Santa Ana

Fundentes Pacos St 17

Speiss

Esponja de Fierro

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• El corte de camas es la composición física del 90% de una cama total,

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Índices Metalúrgicos Actuales de los Lechos de Fusión de Cobre:

S/Cu 1,18 – 1,25

Fe/Ins 2,05 – 2,15

% CaO 4,2 – 4,5

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FORMULAS PARA EL CIERRE DE LF “TOPS OFF” DE COBRE

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2. Cuando falta S ó Cu en “cama cortada”:[TMS(S) + %S(X)]/[TMS(Cu) + %Cu(X)] = 1,20

4. Cuando Falta CaO:[TMS (CaO) + %CaO(X)]/ [TMS (Cama) + (X)] = 0,043

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TOSTACION DE CONCENTRADOS SULFURADOS DE COBRE

• cuando se traten de concentrados arseniacales, En estos casos la tostación tiene por objeto la remoción de impurezas por volatilización en forma de óxidos como SO2, Sb2O5, As2O3, TeO2, SeO2.

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TOSTACION DE CONCENTRADOS SULFURADOS DE COBRE (Cont.)

• La tostación es usualmente un proceso de oxidación de minerales sulfurados;

• los minerales sulfurados son combustibles, por esta razón muchos sulfuros ricos pueden ser tostados autotérmicamente.

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• La tostación autógena de los concentrados sulfurados depende de tres factores:– Del tipo de sulfuro presente en la mena o concentrado y del

tamaño de partícula.

– Del % de azufre presente en la mena o concentrado.

– Del tipo de horno de tostación usado.

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• Las reacciones de tostación en la superficie de las partículas de concentrados

• 4 FeS2 + 11 02 2 Fe203 + 8 SO2 H = - 808 320 Kcal

2 Cu2S + 3 O2 2 Cu2O + 2 SO2 H = - 188 900 Kcal

• Una tostación muerte o parcialmente oxidante se define como un proceso en que todo o parte del azufre se elimina tan económicamente

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Mecanismo del Proceso de Tostación• El propósito de la tostación es oxidar los concentrados, reducir

el contenido de azufre y transformar a los sulfuros de Fe, Zn, Pb, Cu en sus óxidos respectivos.

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• Extracción Hidrometalúrgica.- Los minerales sulfurados de cobre no se lixivian fácilmente, pero sus sulfatos son solubles en agua y sus óxidos en H2SO4 diluido.

• Extracción Pirometalúrgica.- Utilizar el calor de tostación para secar y calentar la carga antes de ser introducida al horno de fundición. Aumenta la concentración de cobre en la mata líquida.

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Se usan tostadores de hogar y de lecho fluidizado• La temperatura de operación para la tostación esta entre 500 -

700C.• Normalmente es autógena, • El SO2 es subproducto de la tostación, su concentración se eleva a

5% en los tostadores de hogar y de 5% a 15% en tostadores de lecho fluidizado y puede ser eliminado como H2SO4.

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Tostación Previa a la Fundición– El SO2 se elimina durante la tostación y los óxidos y los sulfatos de

hierro se eliminan posteriormente en forma de escoria durante la fundición.

– Los óxidos y sulfatos de cobre también se forman durante la tostación parcial pero se reducen de nuevo a sulfuros en el proceso de fundición.

FeS(l) + Cu2O(l, escoria) = FeO(l, escoria) + Cu2S(l)

– La tostación/fundición elimina parte del hierro (como escoria), los cuales además tienen que ser eliminados en el proceso de conversión.

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Tostación Previa a la Lixiviación– Las calcinas contribuyen al proceso total en dos formas:– Proporcionan sulfatos de cobre solubles y óxidos de cobre los cuales se

agregan al circuito de lixiviación.– El sulfato de cobre de las calcinas adiciona iones SO4-2 a la solución los

cuales conducen a la formación de H2SO4 – Se ha propuesto la lixiviación de calcinas tostadas a muerte, en los cuales

los sulfuros pasan totalmente a óxidos;

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Procesos Químicos de la Tostación– Las reacciones principales durante la tostación son la oxidación de

los sulfuros de hierro y cobre para obtener sulfatos y óxidos. Ejemplos:

CuFeS2 + 4 O2 CuSO4 + FeSO4

2 CuS + 7/2 O2 CuO.CuSO4 + SO2 2 CuFeS2 + 13/2 O2 2 CuO + Fe2O3 + 4 SO2

(oxidación completa)

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– La tostación parcial no es, por su puesto, un proceso en equilibrio,

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Selección de la Temperatura de TostaciónTostación para el Proceso de Fundición:– La formación de Fe3O4 y Fe2O3 conduce a lo siguiente:• En la fusión producen escorias que causan mayor pérdida de

cobre en la escoria.• La formación de ferrita a una temperatura alta de fusión • La mejor forma de evitar la sobreoxidación, o sea, la formación

de Fe2O3, es tostar a temperaturas relativamente bajas; la práctica actual es tostar de 500 a 600 previo a la fundición.

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Tostación para el Proceso de Lixiviación:– Los objetivos son:• Producir una cantidad controlada de CuSO4, dejando el resto del

cobre en la forma de óxido.• Producir óxidos de hierro en lugar de sulfatos de hierro solubles.

– Este último objetivo es para disminuir la contaminación de las soluciones de lixiviación con hierro disuelto.

– La tostación para producir un producto mezclado de CuSO4/CuO debe llevarse a cabo entre 677 y 800C,

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Cinética de la TostaciónLa oxidación de sulfuros con aire es de naturaleza heterogénea. Las velocidades de tostación dependen, por lo tanto:–Del tamaño de partícula (área superficial).–De la intensidad del contacto aire / partícula.–De la concentración del O2 y de la temperatura del gas.–Un factor importante en la tostación es la temperatura de ignición o encendido. La cual es la temperatura más baja a la cual una partícula de mineral se oxidará lo suficientemente rápido para conservar o aumentar la temperatura del tostador.

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Temperatura de Ignición de los Minerales con Sulfuro de Hierro y Cobre en el Aire

Mineral Temperatura de Ignición C

CuSCu2S

CuFeS2

FeS2

FeS

400450300400400

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Hornos y Métodos de Tostación• La tostación de los concentrados de cobre se lleva a cabo en

tostadores de hogar múltiples, o en tostadores de lecho fluidizado; y las fundidoras nuevas tienen el tipo fluidizado debido a sus velocidades de producción altas, su excelente control de temperatura y químico

Tostación en Hogar Múltiple:• Es un recipiente cilíndrico revestido de material refractario adaptado

con 7 ó 12 hogares refractarios. Los concentrados se alimentan en la parte superior del tostador y se rastrillan en cada uno de los hogares antes de caer al siguiente nivel inferior. El aire para la tostación ingresa por el fondo del tostador y sube en contracorriente

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• Los concentrados y el aire son introducidos en contracorriente y se lleva a cabo la combustión de los concentrados. Los dos hogares superiores normalmente se utilizan para secar y calentar los concentrados, mientras que el encendido y la oxidación ocurren en los hogares inferiores. Las principales reacciones son exotérmicas, por ejemplo:CuFeS2 + 4 O2 CuSO4 + FeSO4 H = - 360 000 Kcal / Kg mol CuFeS2

2 CuFeS2 + 13/2 O2 2 CuO + Fe2O3 + 4 SO2 H = - 232 000 Kcal / Kg mol CuFeS2

de tal manera que una vez que el encendido se ha llevado a cabo, el tostador funciona autógenamente.

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Tostación en Lecho Fluidizado:• Consiste en la oxidación de partículas de sulfuro mientras se suspenden en

una corriente de aire uniformemente distribuida. A velocidades moderadas, las partículas pueden estar permanentemente suspendidas en u lecho expandido o fluidificado mientras que a velocidades altas, las partículas se pueden transportar hacia fuera del tostador con los gases de salida.

• El aire se inyecta hacia el interior del tostador por medio de una placa con toberas en el fondo y los concentrados se agregan en forma de partículas o lodo cerca de la parte superior del tostador.

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• las velocidades de reacción altas esto da por resultado concentraciones elevadas de SO2 en los gases que salen del tostador. Los gases de los tostadores de lecho fluidizado contienen representativamente de 10 a 15% de SO2 en comparación de 4 a 6% en los gases de tostadores de hogar.

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Control de la Temperatura:• El estado de fluidez se asocia con una gran agitación de las partículas dentro

del lecho, lo cual da por resultado una transferencia de calor eficiente y una temperatura uniforme en todo el tostador. Esto a su vez permite un control preciso de la temperatura de tostación.

• Un problema causado por la eficiencia química alta del lecho fluidizado es que el tostador tiende a estar sobrecalentado por las reacciones exotérmicas de oxidación. Sin embargo, el enfriamiento se realiza rápidamente al añadir agua o fundentes inertes. Las temperaturas altas en estos tostadores también puede conducir a la sinterización y aglomeración,

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TOSTACION DE CONCENTRADOS SULFURADOS DE COBRE

• Tostación parcial elimina exceso de azufre.• Usa horno de solera múltiple o de lecho fluidizado. • 500-550°C evita formación de óxidos Fe2O3 y Fe3O4 antes de

la fundición y escorias no viscosas.• Opcional antes de reverbero y horno eléctrico• Permite incrementar capacidad de fundición• Reacciones:

FeS2 FeS+ 1/2S2 2CuFeS2 Cu2S + 2FeS + 1/2 S2

2CuS Cu2S + 1/2 S2 S2 + 2O2 2SO2

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Tostación Sulfatizante

• Tostación a baja temperatura con exceso de O2

previa a lixiviación• Horno de lecho fluidizado.• Producto: Sulfatos y oxisulfatos de Cu solubles

en agua y Fe2O3.

• El As queda en el residuo.

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Tostación de Desarsenización•Concentrados de Cu con alto As, Sb y Bi (Afectan

calidad del cobre). •Tostación parcial en H. de solera múltiple. H. Lecho

fluidizado a escala piloto.•Compuestos volátiles: As4O6, As4, As4S6 y AsxSy

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Tostación de Desarsenización•Sb: más difícil de eliminar: forma muchos

compuestos. Mezcla con As mejora su volatilización.•Puede eliminarse como Sb2O3 y Sb2S3.

•Debe evitarse formación de Sb2O5 no volátil, con atmósfera de bajo potencial de O2.

•Condiciones para eliminar As y Sb: - Temperatura 700-800°C - Tiempo suficiente para difusión - Atmósfera neutra o ligeramente reductora - Oxidación en cámara post combustión

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FUNDICION DE MATA

• Fundición de concentrado con o sin tostación previa, a 1150- 1250 ° C• Productos: fases líquidas inmiscibles:

- Escoria: (silicatos con 30-40 % Fe, 35-40 % SiO2, <10% CaO y <10 % Al2O3), y

- Mata: (Solución Cu2S-FeS con 30-60% Cu que disuelve Au , Ag y Pt y As, Sb, Se y Te)

• Hornos: reverbero, eléctrico y Flash • Desventaja: contaminación con SO2.

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FUNDICION DE CALCINAS Y/O CONCENTRADOS DE COBRE (cont.)

• La producción de mata líquida y su conversión posterior a cobre blister es, el método más importante de extracción de cobre a partir de minerales sulfurados. Las ventajas principales son:• Procesa cobre metálico de los minerales sulfurados de

cobre con un gasto de energía relativamente bajo.• El cobre se produce a una velocidad alta .

• La desventaja principal del método es la contaminación a la atmósfera con el gas SO2.

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• La fundición de matas consiste en la fusión entre 1150ºC y 1250C de concentrados, la mata rica en cobre (sulfuro) y la escoria (óxido).

• El producto principal del proceso de fundición es una mata de Cu-S-FeS (de 35 a 65% de Cu)

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Fisicoquímica de la fundición de mata:• Los constituyentes principales de una carga de

fundición son los sulfuros y óxidos de hierro y cobre. La carga también contiene óxidos como Al2O3, CaO, MgO y, principalmente, SiO2

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• El objetivo principal de la fundición de matas es asegurar la conversión a sulfuro de todo el cobre presente

• Esto se logra mediante la presencia de FeS en la mata el cual tiende a convertir en sulfuro

• FeS(l) + Cu2O(l, escoria) = FeO(l, escoria) + Cu2S(l)

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• El cobre oxidado puede estar presente en varias formas en la carga, por ejemplo como CuO, CuSO4, CuO.CuSO4 ó CuO.Fe2O3.

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Reacciones:• Formación de mata:

FeS2 FeS + ½ S2 2 CuFeS2 Cu2S + 2 FeS + ½ S2

2 CuS Cu2S + ½ S2 FeS + Cu2O FeO + Cu2S

• Formación de escoria:2 FeS + 3 O2 2 FeO + 2 SO2

2 FeO + SiO2 Fe2SiO4

La adición de SiO2 aísla al cobre en la fase mata separandola de la escoria.

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Formación, constitución y características de la mata:• Cuando se funde, la carga portadora de azufre forma

una mata que contiene principalmente FeS y Cu2S con pequeñas cantidades de otros sulfuros,

• La mata también es un excelente disolvente para los metales preciosos (Au, Ag y metales del grupo del platino

• La mata también contiene cerca del 3% de oxígeno disuelto.

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