pirometalurgia del cobre

PIROMETALURGIA DEL COBRE

INTEGRANTES:• Alvarez Uchuya, Aldhair• Del Castillo García, Renata• Guerra Núñez, Jairo• Sevillano León, Alfredo

Facultad de ingeniería Química y Petroquímica

Escuela Profesional de Ingeniería

Química

INTRODUCCIÓ

NCuando hablamos de pirometalurgia, se nos viene a la mente una rama de la metalurgia que se encarga de la obtención y purificación de los metales, a través de la utilización del calor. Este proceso aplicado específicamente en la refinación del Cobre, depende de que el mineral sean sulfuros, cuyo objetivo es transformar el cobre contenido en los concentrados, precipitados y minerales de fundición directa en Cobre metálico y separarlo de otros metales y minerales que constituyen impurezas.

Elemento químico, de

símbolo Cu, con número

atómico 29; uno de los

metales de transición e

importante metal no ferroso

Es uno de los metales que

puede tenerse en estado

más puro, es duro, tenaz y

resistente al desgaste.

MARCO TEÓRICO

EL COBRE

MARCO TEÓRICO

• Cuando concentramos cobre, en especial durante el proceso de pirometalurgia, el cobre puede ser liberado hacia el medio ambiente.

• El Cobre en el aire permanecerá por un periodo de tiempo eminente. 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 interrumpir la actividad en el suelo, provocando daños a la materia orgánica existente y teniendo una influencia negativa en la actividad de microorganismos u otros seres vivos.

Efectos ambientales del Cobre

Plantas con intoxicación por Cobre

MARCO TEÓRICO

METALURGIA DEL COBRELa metalurgia del cobre depende de que el mineral sean sulfuros, en cuyo caso se utiliza la vía pirometalúrgica en la que se producen ánodos y cátodos, o que sean óxidos, en cuyo caso se utiliza la vía hidrometalúrgica en la que se producen directamente cátodos

Los minerales sulfurados son difícilmente solubles en soluciones ácidas, sin embargo, pierden su estabilidad y son fácilmente oxidables a altas temperaturas, aplicando pirometalurgia (concentración de Cobre superior al 3%) por vía seca.

Los sulfuros de Cobre contienen entre el 1 y el 12% de cobre; estos se muelen y se concentran por flotación. Los concentrados se reducen en un horno, quedando cobre metálico crudo, llamado blíster, aproximadamente del 98% de pureza. El cobre crudo es posteriormente purificado por electrólisis, hasta una pureza superior al 99,9%.

MARCO TEÓRICO

PIROMETALURGIA

MARCO TEÓRICO

Es la técnica tradicional de extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio del calor. Se trata principalmente de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales.

Para incrementar progresivamente la ley o contenido de cobre del material

sometido a fundición, el proceso Pirometalúrgico considera fases

consecutivas de Fusión, Conversión y Refinación.

MARCO TEÓRICO

PIROMETALURGIA: ventajas y desventajasVentajas Desventajas

Velocidades de reacción muy grandes.

Altas producciones en reactores relativamente pequeños.

Apta para recibir alimentaciones de minerales complejos.

Idónea para alimentaciones heterogéneas formadas por minerales de diversa procedencia.

No apta para el tratamiento de minerales pobres.

Relativamente mala selectividad y poca eficacia en las reacciones químicas de separación.

Procesos que transcurren, a menudo en varias etapas.

Problemas medioambientales con los residuos gaseosos y el ruido.

Para llevar a cabo la producción de cátodos vía pirometalúrgica se debe contar con los siguientes etapas:

Concentración del mineralEtapas preparatorias (Secado tostado)Fundición (Horno Fusión)ConversiónPirorefinaciónRefinería (Electrorefinería)

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO


1. CONCENTRACIÓN DEL MINERALSi bien esta etapa no tiene carácter Pirometalúrgico, se le considera parte del proceso porque acondiciona la materia prima para las posteriores etapas.

El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre el 0,5-0,2% de cobre, por lo que hay que concentrarlo en la mina, mediante flotación, para su transporte y uso final en la fundición.

Esta etapa se realiza en grandes instalaciones ubicadas lo más cerca posible de la mina. Esta se subdivide en tres etapas fundamentales:

• Chancado• Molienda• Flotación


1.1. Chancado:Se usan chancadores los cuales trituran la roca mediante movimientos vibratorios, el objetivo es reducir el tamaño de los fragmentos de casi 1m de diámetro hasta obtener una tamaño uniforme de ½ pulgada (1.27cm)

1.2. Molienda:En un molino de bolas se sigue

reduciendo el tamaño de las partículas hasta obtener una granulometría máxima de 180 micrones, la que

permite finalmente la liberación de la mayor parte de los minerales de cobre

en forma de partículas individuales.

1.3. Flotación:Esta etapa consiste en que la pulpa proveniente de la molienda, que ya tiene incorporados los reactivos, se introduce en las celdas de flotación. Desde el fondo de las celdas se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante agitación para que el proceso sea intensivo.Las burbujas arrastran consigo los minerales sulfurados hacia la superficie, donde rebasan por el borde de la celda hacia canaletas que conducen a estanques especiales.


2. ETAPAS PREPARATORIAS:Como su nombre lo indica, son etapas cuya función es preparar la carga de concentrados para las etapas posteriores. Aquí se agrupan las siguientes etapas:

2.1. Recepción y manejo de materias primas e insumosEl concentrado proveniente de la planta se almacena en canchas, desde donde se obtienen muestras que son sometidas a análisis de laboratorio.

También se debe dar el almacenamiento de fundentes y otros insumos.


En esta etapa la humedad original del concentrado (6% a 8%) se reduce a niveles que oscilan entre 0.2% a 0.3%.

Se usan secadores de calor donde el concentrado va reduciendo sus niveles de humedad a medida que avanza dentro de un tambor metálico. En el interior circula vapor a temperatura de 180°C, por un serpentín que permite la transferencia de calor.

2.2. Secado:


2.3. Tostación:Consiste en la oxidación parcial de los sulfuros del concentrado y de la eliminación parcial del azufre de este como SO2 y ocurre según reacciones sólidos-gaseosas, a temperaturas de 500°C a 800°C.

La reacción más común en esta etapa, es la siguiente:

2 Cu2S + 3O2 → 2 Cu2O + 2 SO2

Los hornos comúnmente empleados son los hornos flash y los de fluidización.

Horno de tostación Flash



3. FUSIÓN:El concentrado de cobre se recibe en la Fundición, cuya primera etapa industrial es el Horno de Fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el azufre y el hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura entre 1200 y 1400 º C.

En el horno el azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el hierro, conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduce en el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida el cobre, por su mayor densidad, se deposita en la parte inferior y se extrae del horno formando parte de un producto que se denomina mata o eje de cobre, con un contenido del 62% de cobre, mientras que la mezcla de hierro y sílice en forma de silicato permanece en la parte superior del horno y se extrae en forma de escoria con un contenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de sílice.

Reacciones del proceso de fundiciónLa reacción de producción de mata y escoria podemos representarla por:

Concentrado + Fundentes + energía -----> Mata + Escoria + Gas

Donde:Mata: Cu2, FeS, fundamentalmenteEscoria: FeO, Fe3O4, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Cu2O, otrosGas: O2, SO2, N2, CO2, H2, H2O, otros.

o Debido a las altas temperaturas reinantes en el horno, el sulfuro doble de cobre y hierro se desdobla.

2CuFeS2 Cu2 + FeS + S o El óxido férrico es reducido a oxido ferroso por el sulfuro de hierro.

3 Fe2SO3 + FeS 7 FeO + SO2 o El óxido ferroso combinado con la sílice forma la escoria.

Feo + SiO2 FeOSiO2 (escoria)



4. CONVERSIÓN:El objetivo es incrementar la riqueza en cobre del producto, donde se le somete a una gran oxidación adicional en un proceso discontinuo, consiguiendo un producto intermedio denominado blíster con un contenido en cobre del 99%.

La conversión se lleva a cabo en 2 fases: Primeramente, el sulfuro ferroso (FeS) se oxida formando dióxido de azufre, el óxido producido es escorificado formando un compuesto más estable, 2FeO.SiO2.

FeS(l) + 3/2O2(g) -----> FeO(l) + SO2(g) En la segunda fase ocurre la oxidación del sulfuro cuproso (a 1200 °C), donde se forma óxido cuproso, y tan pronto como se ha formado oxido cuproso, éste reacciona con el sulfuro cuproso para formar cobre blíster y dióxido de Azufre (a 800°C).

Cu2S + 2O2 ------> 2CuO + SO2

Cu2S + 2CuO -----> 4Cu + SO2


La tecnología de conversión corresponde a Hornos Teniente.


5. PIRORREFINACIÓN:


El cobre blíster obtenido de la etapa de conversión aún contiene impurezas y materiales valiosos, 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 aire enriquecido con oxígeno durante 1.5 a 2 horas. Adicionalmente se renuevan otras impurezas contenidas en el cobre blíster, dando lugar a 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%.

La reacción general para esta etapa la podemos representar por:


El cobre anódico se extrae del horno de ánodos por una canaleta cubierta, a la rueda de moldeo que va girando, produciéndose la solidificación del ánodo fundido por contacto con el aire ambiente.

6. ELECTRORREFINACIÓN:


Esta última etapa, al igual que la etapa de concentración, no tiene carácter Pirometalúrgico, pero la tomamos en cuenta a modo de finalización del proceso.

La refinación electrolítica es una operación de recuperación y purificación del cobre contenido en el ánodo, se basa en la aplicación de una corriente que circula entre un ánodo de cobre soluble y un cátodo de cobre, ambos inmersos en un electrolito ácido de iones cúpricos

GRACIAS

pirometalurgia del cobre

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