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Metalurgia Extractiva del Cobre

Metalurgia Extractiva del Cobre. Producción Mundial de Cobre de Mina Miles de TM de cobre fino 2009. Producción Mundial de Molibdeno de Mina Miles de TM de molibdeno fino año 2009. Producción Mundial de Oro de Mina TM de oro fino año 2009.

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Metalurgia Extractiva del Cobre

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  1. Metalurgia Extractiva del Cobre

  2. Producción Mundial de Cobre de MinaMiles de TM de cobre fino 2009 EIQ_441 Andrea Fredes

  3. Producción Mundial de Molibdeno de MinaMiles de TM de molibdeno finoaño 2009 EIQ_441 Andrea Fredes

  4. Producción Mundial de Oro de MinaTM de oro finoaño 2009 EIQ_441 Andrea Fredes

  5. Producción Mundial de Plata de MinaTM de plata finaaño 2009 EIQ_441 Andrea Fredes

  6. Origen de los Yacimientos de Cobre • Los más grandes yacimientos cupríferos son los llamados yacimientos diseminados. En ellos el cobre se encuentra formando pequeños gránulos de mineral. Tales depósitos no contienen más de 1 a 2% de cobre. • Las rocas que contienen estos minerales de cobre están constituidas por minerales tales como cuarzo, pirita y óxidos de hierro, aluminio, calcio y magnesio. EIQ_441 Andrea Fredes

  7. Origen de los Yacimientos de Cobre • Minerales sulfurados Mezclas complejas de súlfuros de cobre y fierro, combinados con compuestos como el zinc, arsénico, antimonio, plata, oro y platino, entre otros. Calcopirita (CuFeS2),, Bornita (Cu5FeS4), Enargita (Cu3AsS4). Tetrahedrita (Cu3SbS3), Covelita (CuS) Calcocita (Cu2S), Calcosita 79,8%Cu Bornita 63,6%Cu Calcopirita 34,7 %Cu Covelita 66,5%Cu Enargita 48,4%Cu EIQ_441 Andrea Fredes

  8. Origen de los Yacimientos de Cobre • Minerales oxidados Estos minerales provienen de la descomposición de los minerales sulfurados primarios debido a la acción de aguas cargadas con dióxido de carbono, oxígeno, ácido sulfúrico, que actúan sobre los súlfuros para formar carbonatos, óxidos, sulfatos, silicatos de cobre. Malaquita [CuCO3·Cu(OH)2], Azurita [2CuCO3·Cu(OH)2], Cuprita [Cu2O], Crisocola [CuSiO3·2H2O], Tenorita [CuO], Atacamita [Cu2Cl(OH)3], Antlerita [CuSO4·2Cu(OH)2], Brochantita [CuSO4·3Cu(OH)6]. Atacamita 59,5%Cu Malaquita 57,3%Cu Azurita 55,1%Cu Brochantita 56,2%Cu EIQ_441 Andrea Fredes

  9. Procesos Metalúrgicos del Cobre Súlfuros Óxidos Mina Conminución Conminución Proceso de Concentración de Minerales Procesos Hidrometalúrgicos Procesos Pirometalúrgicos Proceso Electrometalúrgico Proceso Electrometalúrgico EIQ_441 Andrea Fredes Cátodos 99,99% Cu Cátodos 99,99% Cu

  10. Conminución de Sulfuros • Objetivo: • Disminuir el tamaño de las rocas mineralizadas triturándolas en Chancadores y Molinos. • Proceso • El material extraído se pasa secuencialmente por Chancadores Primarios (8”), Chancadores Secundarios (3”) y Terciarios (<1/2”). • Luego, a través de molienda, el mineral es reducido en tamaño a valores del orden de 0,1 mm. EIQ_441 Andrea Fredes

  11. Conminución de Sulfuros 0,5-2 % Cu Chancado Secundario 0,1 mm Chancado Primario A Concentración de Minerales Clasificación Molienda Húmeda 12-13 mm Chancado Terciario EIQ_441 Andrea Fredes

  12. Concentración de Minerales Sulfurados • Objetivos • Separar los compuestos sulfurados de cobre de la ganga contenida en los minerales. • Proceso: • La concentración de minerales de cobre, mediante el proceso de flotación, permite a partir de un mineral con alrededor de 1 a 2 % de cobre obtener un concentrado de cobre de 20 a 30 % de Cu. EIQ_441 Andrea Fredes

  13. Proceso de Concentración Minerales Minerales Sulfurados: Flotación de Cobre Modificador pH Colector Espumante Minerales <1 % Cu Espumante Colector 15-20 % Cu Concentrado 20-30 % Cu Celdas Limpiadoras 3 % Cu Celdas Primarias 10-12 % Cu Molienda Colector Espumante Celdas Scavenger Colector Modificador pH CaO Colectores Xantatos, ditiofosfatos Espumantes Dowfroth, aceite de pino, MIBC Depresores Na2S, NaHS Colas <0,1 % Cu

  14. Proceso de Concentración Minerales Minerales Sulfurados: Flotación de Molibdeno Concentrado Cu-Mo 2ª ROUGHER Concentrado Cu 1ª LIMPIEZA 3ª 4ª 5ª SCAVENGER 6ª LIMPIEZA LIXIVIACIÓN MoS2 MoS2 Filtro EIQ_441 Andrea Fredes MoS2

  15. Procesos Pirometalúrgicos ............... ........... Procesamiento de Sulfuros de Cobre CONCENTRADO DE MINERALES SULFURADOS + FUNDENTES TOSTACIÓN SECADOR ROTATORIO SECADOR ROTATORIO PROCESOS CONTINUOS Y/O EN UNA ETAPA HORNO DE REVERBERO HORNO FLASH CONVERTIDOR TENIENTE RUEDA DE MOLDEO HORNO ANODICO CONVERTIDOR PEIRCE SMITH EIQ_441 Andrea Fredes ANODO

  16. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Objetivo • Descomponer químicamente los concentrados para obtener metal blanco. • Proceso • El proceso de fusión - conversión consiste principalmente en las siguientes etapas : • Descomposición • Fusión • Oxidación • Formación de Metal Blanco • Formación de Escoria EIQ_441 Andrea Fredes

  17. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Materias Primas: • Sólidos: Concentrado seco, sílice, circulante. • Líquidos: Petróleo • Gases: Aire y oxígeno. EIQ_441 Andrea Fredes

  18. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Principales Compuestos del Concentrado de Cobre: FÓRMULA QUÍMICA NOMBRE Calcopirita CuFeS2 Covelina CuS Bornita Cu5FeS4 Calcosina Cu2S Pirita FeS2 Cuprita Cu2O Enargita Cu3AsS4 Sílice SiO2 Calcita CaO Alúmina Al2O3 EIQ_441 Andrea Fredes Magnesita MgO

  19. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Productos: • Fase Metal Blanco: Solución líquida compuesta por una mezcla de súlfuros de cobre y de hierro (Cu2S y FeS). La composición es de 62-75% Cu • Fase Escoria: La escoria de fusión está formada por óxidos provenientes de la carga y óxidos formados por la oxidación durante el proceso. Está constituida principalmente por FeO, SiO2, Fe3O4 , CaO, Al2O3, MgO. • Fase Gaseosa: Formada básicamente por dióxido de azufre (SO2), oxígeno (O2), nitrógeno (N2) y vapor de agua (H2O) EIQ_441 Andrea Fredes

  20. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Reaccionesde Descomposición • La calcopirita (CuFeS2), se desdobla debido a la alta temperatura existente en el Horno de Fusión-Conversión • (1200 a 1250 °C). 2CuFeS2 + Calor  Cu2S(S) + 2 FeS(S) + ½ S2(g) Calcopirita Calor Calcosina Sulfuro de hierro Azufre EIQ_441 Andrea Fredes

  21. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Descomposición • La covelina y la pirita se descomponen producto de la inestabilidad que presentan a la temperatura de fusión. 2 CuS + Calor  Cu2S(S) + ½ S2 (g) Calor Covelina Calcosina Azufre FeS2 + Calor  FeS(S) + ½ S2(g) Pirita Calor Sulfuro de Hierro Azufre EIQ_441 Andrea Fredes

  22. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Fusión • En términos generales la fusión es el paso de los compuestos en estado sólido a líquido mediante el uso de calor: Cu2S(S) + Calor  Cu2S(l) Calcosina (líquida) Calcosina (sólida) FeS(s) + Calor FeS(l)  Sulfuro de hierro (sólido) Sulfuro de hierro (líquido) EIQ_441 Andrea Fredes

  23. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Fusión • En forma análoga, los óxidos presentes en el baño se funden pasando a la fase líquida. En las reacciones siguientes se muestra en forma específica el cambio de estado de la sílice, y en forma general la fusión de los demás óxidos (óxido de calcio, de magnesio, de aluminio, etc.). SiO2(S) + Calor  SiO2(l) Sílice (sólida) + Calor  Sílice (líquida) Óxidos (S) + Calor  Óxidos (l) EIQ_441 Andrea Fredes

  24. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Oxidación Las reacciones de oxidación que ocurren durante el proceso son exotérmicas (liberan calor), y aportan la energía necesaria, principalmente para las etapas de descomposición y fusión. La oxidación del sulfuro de hierro con aire, que se caracteriza por ser una reacción altamente exotérmica, produce fundamentalmente óxidos de hierro. EIQ_441 Andrea Fredes

  25. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Oxidación FeS + 3/2 O2  FeO + SO2 + Calor Sulfuro de hierro Oxígeno Óxido de hierro Anhídrido sulfuroso 3 FeS + 5O2  Fe3O4 + 3SO2 + Calor Sulfuro de hierro Oxígeno Magnetita Anhídrido sulfuroso 3 FeO + ½ O2  Fe3O4 + Calor Óxido de hierro Magnetita Oxígeno 10FeO FeS  + SO2 + 3Fe3O4 Anhídrido sulfuroso Óxido de hierro Sulfuro de hierro Magnetita EIQ_441 Andrea Fredes

  26. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Oxidación (continuación) ½ S2 + O2  SO2 + Calor Azufre Oxígeno Anhídrido sulfuroso Cu2 S(l) + 3/2O2(g)  Cu2O(l) + SO2(g) + Calor Anhídrido sulfuroso Sulfuro de cobre Oxígeno Óxido de cobre Cu2O(l) + FeS Cu2 S(l)  + FeO Óxido de cobre Sulfuro de hierro Sulfuro de cobre Óxido de hierro EIQ_441 Andrea Fredes

  27. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Formación de metal blanco • Una vez que los sulfuros de cobre y hierro pasan a estado líquido, se mezclan entre sí formando la fase de metal blanco. • Esta fase sulfurada es más densa que los óxidos silicatados presentes e inmiscibles en ellos, lo que permite la separación de sulfuros y óxidos: Cu2 S(l) + FeS(l)  Cu2 S(l) * FeS(l) Sulfuro de cobre (l) Sulfuro de hierro (l) Metal blanco EIQ_441 Andrea Fredes

  28. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Escorificación • Los óxidos presentes en la fase líquida se combinan con la sílice formando la fase escoria. • Esta fase es inmiscible con el metal blanco. • La escoria posee menor densidad que el metal blanco y se acumula en la zona superior del baño líquido. EIQ_441 Andrea Fredes

  29. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Escorificación 2 FeO + SiO2  2 FeO * SiO2 (Fe2SiO4) Fayalita Óxido de hierro Sílice CaO + SiO2  CaO * SiO2 (CaSiO3) Calcita Sílice Disolución del óxido de calcio en la fase escoria 2 MgO + SiO2  2 MgO * SiO2 (Mg2SiO4) Magnesita Sílice Disolución del óxido de magnesio en la fase escoria 2Al2O3 + 3SiO2  2Al2O3 * 3SiO2 Alúmina Sílice Disolución del óxido de aluminio en la fase escoria EIQ_441 Andrea Fredes

  30. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Fusión-Conversión • Equipos • Convertidor Teniente • Horno Flash • Reactor Noranda EIQ_441 Andrea Fredes

  31. Escoria Aire y Oxígeno TOBERAS DE INYECCIÓN Proceso de Fusión-Conversión Convertidor Teniente ALIMENTACIÓN DE SÓLIDOS Y SÍLICE GASES CONCENTRADO SECO METAL BLANCO A CONVERTIDORES PS ESCORIA A HORNOS LIMPIEZA DE ESCORIA EIQ_441 Andrea Fredes 73-75 % Cu 7-8 % Cu

  32. EIQ_441 Andrea Fredes

  33. AIRE PRECALENTADO ENRIQUECIDO CON OXIGENO CONCENTRADO SECO Y FUNDENTE PETROLEO QUEMADOR DE CONCENTRADO CAMARA DE REACCION GASES DE SALIDA ESCORIA METAL BLANCO METAL BLANCO 62-65% DE COBRE Proceso de Fusión-Conversión Horno Flash EIQ_441 Andrea Fredes

  34. Proceso de Fusión-Conversión Quemador Horno Flash EIQ_441 Andrea Fredes

  35. Proceso de Fusión-Conversión Quemador Horno Flash EIQ_441 Andrea Fredes

  36. Escoria Aire y Oxígeno TOBERAS DE INYECCIÓN Proceso de Fusión-Conversión Reactor Noranda ALIMENTACIÓN DE SÓLIDOS Y SÍLICE GASES ESCORIA A FLOTACIÓN METAL BLANCO A CPS CONCENTRADO SECO EIQ_441 Andrea Fredes

  37. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Conversión • Objetivo • Producir cobre blister a partir de metal blanco. • Proceso de Conversión de Sulfuros • El proceso de conversión consiste primero en oxidar el sulfuro de hierro aún presente en el metal blanco y luego oxidar el sulfuro de cobre, obteniéndose Cobre metálico como producto. EIQ_441 Andrea Fredes

  38. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Conversión • Oxidación Ferrítica FeS + 3/2 O2  FeO + SO2 + Calor Sulfuro de hierro Oxígeno Óxido de hierro Anhídrido sulfuroso + 5O2  Fe3O4 + 3SO2 + Calor 3 FeS Sulfuro de hierro Oxígeno Magnetita Anhídrido sulfuroso 3 FeO + ½ O2  Fe3O4 + Calor Óxido de hierro Oxígeno Magnetita Calor • Escorificación 2 FeO + SiO2  2 FeO * SiO2 (Fe2SiO4) Óxido de hierro + Sílice Fayalita EIQ_441 Andrea Fredes

  39. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Conversión • Soplado de Cobre Cu2 S(l) + O2(g)  2Cu(l) + SO2(g) + Calor Sulfuro de cobre Oxígeno Cobre blister Anhídrido sulfuroso Cu2 S(l) + 3/2O2(g)  Cu2O + SO2(g) + Calor Sulfuro de cobre Oxígeno Óxido de Cobre Anhídrido sulfuroso Cu2 S(l) + 2Cu2O  6Cu(l) + SO2(g) + Calor Sulfuro de cobre Óxido de cobre Cobre blister Anhídrido sulfuroso EIQ_441 Andrea Fredes

  40. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Conversión • Equipos • Convertidor Peirce-Smith • Convertidor Flash EIQ_441 Andrea Fredes

  41. Proceso de Conversión Convertidor Peirce Smith EJE DESDE FUSION: - CONVERTIDOR TENIENTE - HORNO FLASH GASES QUEMADOR AIRE - OX-COMBUSTIBLE AIRE ENRIQUECIDO COBRE CON 0,02 % S 0,50 % O2 COBRE BLISTER A HORNOS DE ANODOS ESCORIA CIRCULANTE EIQ_441 Andrea Fredes

  42. Proceso de Conversión Convertidor Flash AIRE SO2 + OTROS GASES FUNDENTE CaO COMBUSTIBLE ESCORIA COBRE BLISTER EIQ_441 Andrea Fredes

  43. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Refinación a Fuego • Refinación de Cobre • El objetivo de la refinación es disminuir el azufre y oxígeno presente en el cobre líquido a valores de 0,002% de azufre y 0,15% de oxígeno. • Proceso • El proceso consiste en una primera etapa en eliminar el azufre por oxidación con aire y luego eliminar el oxígeno disuelto en el líquido mediante inyección de combustibles al baño. EIQ_441 Andrea Fredes

  44. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Refinación a Fuego • Etapa de Desulfurización + O2(g) SX (Cu)  SO2(g) Azufre en cobre blister Oxígeno Anhídrido sulfuroso Cu (l) + O2(g)  Cu2O (l) Cobre blister Oxígeno Óxido de Cobre • Etapa de Reducción Cu2O (l) + CXHY (g)  2Cu(l) + XCO2(g) + (Y/2) H2O(g) + ZO2(g) Oxido de Cobre Oxígeno Hidrocarburo Agua Cobre anódico Anhídrido carbónico EIQ_441 Andrea Fredes

  45. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Refinación a Fuego • Equipos • Horno Rotatorio de Refino a Fuego • Horno Reverbero EIQ_441 Andrea Fredes

  46. Proceso de Refinación a Fuego Horno de Refino a Fuego • BLISTER • DESDE CONVERSION: • CONVERTIDOR PEIRCE SMITH • COVERTIDOR FLASH GASES AIRE COMBUSTIBLE A RUEDA DE MOLDEO ANODOS EIQ_441 Andrea Fredes

  47. Proceso de Refinación a Fuego Proceso de Moldeo de Ánodos EIQ_441 Andrea Fredes

  48. Proceso de Refinación a Fuego Proceso de Moldeo de Ánodos EIQ_441 Andrea Fredes

  49. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Limpieza de Escoria • Limpieza de Escoria • El objetivo de este proceso esrecuperar el cobre contenido en la escoria. • Las escorias enviadas a botadero deben contener valores menores a 1% de Cobre. • Proceso • El proceso consiste básicamente en reducir el nivel de magnetita de la escoria, lo que permite disminuir la viscosidad y decantar el metal blanco atrapado en la escoria. • Además, parte del cobre oxidado se puede reducir a cobre metálico, el cual decanta al fondo del horno. EIQ_441 Andrea Fredes

  50. Procesos Pirometalúrgicos Proceso de Limpieza de Escoria en HLE • Reducción de Magnetita CXHY (g) + (X/2)O2(g) XCO(g) + (Y/2) H2(g)  Hidrocarburo Monóxido de carbono Oxígeno Hidrógeno + CO(g) Fe3O4 + CO2(g)  3FeO(l) Monóxido de carbono Magnetita Óxido de hierro Anhídrido carbónico  3FeO(l) + H2(g) Fe3O4 + H2O(g) Óxido de hierro Magnetita Agua Hidrógeno • Escorificación 2 FeO + SiO2 2 FeO * SiO2 (Fe2SiO4)  EIQ_441 Andrea Fredes Óxido de hierro Fayalita Sílice

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