Estudio de cristalización de escorias de fundición de cobre Avance II Objetivos Avance II (1/2 min) -
Relacio Relacionar nar el diagrama diagrama FeO-SiO2 FeO-SiO2-F -Fe2O3 e2O3 con la formación formación de escoria escorias s () Entend Entender er el fenóme fenómeno no de de enfria enfriamie miento nto de esco escoria rias s de cobre cobre Conoce Conocerr la miner mineralo alogía gía de de las fase fases s de la la escori escoria a solid solidifc ifcada ada Prese Presenta ntarr activid actividade ades s mediant mediante e Carta Carta antt antt ! los costos costos a trav"s trav"s del del #res$#$esto del Pro!ecto% Pro!ecto%
Diagrama eO!"iO2!e#O$ (% min) Como se mencionó en el avance &' la escoria se com#one ma!oritariamente de SiO2' FeO ! F2O3 #or lo $e s$ com#ortamiento se #odría ded$cir a trav"s del entendimiento del diagrama ternario $e a contin$ación se #resenta*
igura 1& Diagrama de fases del "istema eO! e2O#!"iO2 e isóbaras de 'resión de ogeno*1#+
+a región ,C. (mostrarla #or$e no saldr/ en la imagen de la ##t) determina el rango de com#osición dentro del c$al las escorias son com#letamente lí$idas a las tem#erat$ras normales de f$sión es decir' a 0211C% Esta ona de escorias lí$idas est/ limitada #or c$atro regiones de sat$ración de fases sólidas' de las c$ales la sat$ración con 4ierro sólido (C) ! sat$ración con FeO (C.)' no se observan en los 4ornos de f$sión conversión' debido al ba5o #otencial de o6ígeno $e no se logra conseg$ir ! al contenido de sílice de las escorias ind$striales% +a línea , $e re#resenta la sat$ración con sílice es de gran im#ortancia' #$esto $e la se#aración ó#tima entre mata ! escoria se obtiene ba5o condiciones cercanas a la sat$ración% En la Fig$ra 0 se m$estra $e el contenido de sílice en la escoria re$erido #ara la sat$ración varía entre 37-819 SiO2' esto es v/lido #ara los an/lisis normaliados en este diagrama% Otro as#ecto de gran im#ortancia es la línea de sat$ración con magnetita sólida (,.)% +a #osición del límite indica $e la magnetita sólida ser/ $na fase de e$ilibrio c$ando la #resión de o6ígeno de los gases del 4orno es ma!or a 01-: atm (#$nto C) o 01-; atm a la sat$ración con sílice (#$nto .)% (0) , #artir del diagrama FeO-Fe2O3-SiO2 #resentado anteriormente' se #$ede obtener el #se$doternario FeO-SiO2-Fe3O8%
+a característica #rinci#al de este diagrama es $e es $n sistema condensado $e de#ende de la #resión #arcial de o6igeno con la c$al est/n en e$ilibrio las fases condensadas' lo $e oc$rre debido a la #resencia de la c$#la redo6 Fe<2=Fe<3' c$!o cociente de concentraciones iónicas se $sa como medida del grado de o6idación% (2) En la >g$ra se incl$!e en forma semiac4$rada la región de inmiscibilidad de dos lí$idos (silicato < sílice casi #$ra)' ! la sat$ración del lí$ido en Fe lí$ido% P$eden disting$irse adem/s los im#ortantes cam#os de sat$ración en ?$stita' en fa!alita' en magnetita ! en tridimita% (2) Como en el avance & se mencionó' las escorias de f$sión son frec$entemente fa!alíticas' a$n$e $n e6ceso de o6igeno las 4ace sat$rare f/cilmente en magnetita' ! $n e6ceso de siO2 las 4ace sat$rarse en tridimita% Por otra #arte' normalmente las #resiones #arciales de o6igeno 5am/s son tan ba5as como #ara alcanar sat$ración en >erro o incl$so en ?$stita% (2) +os #$ntos $e se se@alan como P0' E0 ! P2' E2 corres#onden a diferentes #$ntos #erit"cticos ! e$t"cticos del diagrama% Estos Altimos se alcanan a 0071 ! 0081 BCD% (2) SegAn la #resencia de concentraciones signi>cativas de otros ó6idos como CaO ! ,l2O3' #$eden considerarse sistemas ternarios sim#li>cados distintos' como son el ternario FeO-CaO-SiO2 o el ternario FeO-,l2O3-SiO2% (2)
Efecto ,azón e/"iO2 El límite en el c$al se alcana la sat$ración con fases Es#inel en la escoria #$ede ser controlada mediante la adición efectiva de f$ndente síliceo o la dismin$ción de la raón Fe=SiO2% +a adición de sílice #$ede ser $sada #ara controlar la formación de magnetita favoreciendo la formación de escoria fa!alitica de ac$erdo a la sig$iente reacción* (3) Fe3O8<2SiO2 - Fe2SiO8 < 2=3 O2 C$ando se agrega e6ceso de f$ndente o se dismin$!e la raón Fe=siO2' se #rod$ce la se#aración de fases solidas tales como la tridimita% Con el a$mento de la raón Fe=SiO2 se #rod$ce la sat$ración con fase Es#inel' #or lo $e a$menta la tem#erat$ra li$id$s de la escoria' lo $e se dem$estra en la sig$iente >g$ra* (3)
igura 2& Im'acto de la razón e/"iO2 en la escoria del -orno .itsubis-i de la fundición idd 0ree ((*0u+mata 3456 *e+mata 37456 *8nO+esc $7956 *0aO+ esc #7#56*Al2O#+ esc 27956 *.gO+ esc 97456 :("O2 ) 972% atm)6 tomado de 0O;,"O< et al6 29197
,gregar sílice im#lica $n ma!or costo energ"tico adem/s del costo en sí de adicionar este $5o% Por otro lado' la viscosidad de la escoria a$menta con el contenido de sílice% Esto 4ace $e la escoria sea m/s difícil de mane5ar ! red$ce la tasa con la c$al las #artíc$las de mata sedimentan a trav"s de la ca#a de escoria% Si las #artíc$las de mata no #$eden decantar r/#idamente' "stas $edar/n contenidas en la escoria% +o c$al a$mentar/ las #"rdidas de cobre% (8)
Efecto de óidos menores
+a introd$cción de ó6idos como Cao' GgO' ,l2O3 #rod$ce $na dismin$ción de la tem#erat$ra li$id$s de la escoria ba5o sat$ración de SiO2 en el cam#o de fase #rimario de la tridimita% Sin embargo' c$ando no #osee sat$ración de sílice (raón0'2) los ó6idos b/sicos o alcalinos (CaO' H2O' Ia2O) #$eden favorecer la formación de fases es#inel' !a $e tienen ma!or a>nidad #or la sílice en com#aración con el FeO% (3) El efecto de los ó6idos menores en el li$id$s de la escoria #$ede ser ben">co o desfavorable de#endiendo del #otencial de o6idación% En $n rango intermedio de #O2 (01-;- 01-J BatmD)' #e$e@as adiciones de CaO' GgO ! ,l2O3 des#laan el límite de sat$ración de la tridimita 4acia raones de Fe=SiO2 m/s ba5as mientras am#lían el cam#o de sat$ración del es#inel% En condiciones red$ctoras (01-:-01-00 BatmD) adiciones de CaO en el rango de 1-0J9 en #eso dismin$!en el li$id$s del Olivino% Este efecto se il$stra a contin$ación* (3)
igura #& Efecto del Al2O# = 0aO en las tem'eraturas l>uidus del sistema eO!e2O#! "iO2!0aO!Al2O# con razón e/"iO2171 (en O?@O
+a adición de GgO a$menta la tem#erat$ra li$id$s del olivino' inde#endiente de la concentración de,l2O3% Esto se #$ede e6#licar debido a $e ma!ores concentración de GgO en la escoria #rom$even la formación de Forsterita (Gg2SiO8)' com#$esto $e tiene $n #$nto de f$sión m$c4o ma!or (283J BCD) $e la fa!alita% (3) Por otra #arte' adiciones de ,l2O3 menores $e J9 dismin$!en el li$id$s de la fa!alita' ! a!$dan a estabiliar el lí$ido en l$gar de favorecer la formación de olivino sin embargo en concentraciones ma!ores al ;9 se estabilia a fase es#inel' a$mentando la tem#erat$ra li$id$s% (3)
Efecto 'O2
El a$mento del #O2 a$menta la tem#erat$ra li$id$s de la escoria% +o anterior se #$ede demostrar con la >g$ra $e se #resenta a contin$ación' $e il$stra como en el sistema FeO-Fe2O3-SiO2-CaO' la región li$ida de 0311 BCD dismin$!e con el a$mento del #otencial de o6idación% (3)
igura $& Efecto del 'O2 en la región li>uida de la escoria 0aO eO!e2O#!"iO2 a 1#99C0(en O?@O
Enfriamiento de escorias de cobre (% min) Parte im#ortante del conocimiento sobre las escorias tiene $e ver con s$ com#osición física ! $ímica' esto de#ende de la materia #rima $sada ! de la tecnología ! tratamientos em#leados% Estos desec4os ind$striales #$eden estar constit$idos tanto #or fases vítreas como cristalinas% eneralmente las escorias se #rod$cen a #artir de los 0J11C' #or lo $e al realiar el enfriamiento se formar/ s$ estr$ct$ra (cristalina o amorfa) de#endiendo de la forma en $e se realice este% Si es r/#ido la estr$ct$ra $eda cola#sada ! ser/ ma!oritariamente amorfa mientras $e si el enfriamiento es lento se tendr/ $na menor cantidad de estr$ct$ra amorfa o vítrea' #redominando estr$ct$ras cristalinas% +as escorias de cobre se #$eden clasi>car segAn el grado de silicatos o el tiem'o de enfriamiento' #ara este Altimo se #$eden encontrar las sig$ientes s$bdivisiones* escoria granallada' escoria de botadero' escoria e6#andida%
Escoria granallada& consiste en verter la escoria f$ndida' en $n #oo de gran$lación o granallador' el $e mantiene $na cantidad de ag$a constante $e se ren$eva de ac$erdo a la gran$lación $e se realice' dentro del c$al se #rod$ce el enfriamiento br$sco (casi instant/neo) de la escoria' la $e #asa de
estado lí$ido a sólido' #asando desde $na tem#erat$ra de a#ro6imadamente 0071 C a menos de 011 C res#ectivamente% Kna ve #rod$cida la gran$lación' es se#arada el ag$a de la escoria' esta Altima siendo llevada #osteriormente a cac4as de aco#io% En este #roceso no se #rod$cen modi>caciones o reacciones $ímicas $e alteren la com#osición de la escoria' sino $e oc$rren cambios mec/nicos ! físicos al cambiar de estado f$ndente a granos sólidos' formando $n material c$!a estr$ct$ra estar/ constit$ida ma!or mente #or $na estr$ct$ra amorfa o vítrea% Este ti#o de formación' #rovee a la escoria de cobre $na ma!or #orosidad' a$mentando la absorción de ag$a ! con $na menor masa #or $nidad de vol$men%
Escoria de botadero& Esta escoria' sim#lemente se obtienen #or #roceso de enfriamiento lento' directamente en el l$gar de aco#io de>nitivo' o en algAn es#acio debidamente acondicionado' #ara l$ego ser llevado a dis#osición >nal% +a escoria es vertida en estado lí$ido' la c$al se enfriar/ lentamente 4asta alcana la tem#erat$ra ambiente% Este ti#o de tratamiento' facilita la cristaliación de la material' red$ciendo la #orosidad ! de alg$na forma limitando la #osibilidad de reacción en #rocesos #osteriores% Se detectan menor #orcenta5e de absorción de ag$a ! son m/s densas $e las granalladas%
Escoria e'andida& Obtenida #or enfriamiento r/#ido' es e6#andida #or la a#licación de $na cantidad controlada de ag$a' aire ! va#or% Esto #rod$ce $n material ligero $e es trit$rado ! clasi>cado #or fracciones' #ara darle $n ma!or valor tecnológico a las escorias%
,EE,E?0IA I?<;E?0IA DE
erro' el silicio' el al$minio' el calcio' entre otros% +os ó6idos antes mencionados se enc$entran #resentes dado $e "stos forman #arte del concentrado $e es alimentado a la eta#a de f$sión' son agregados como f$ndente !=o se forman d$rante la o6idación del concentrado% , modo de e5em#lo' la sílice (SiO2) es a@adida a la eta#a de f$sión con la >nalidad de #romover la inmiscibilidad de la fase s$lf$rada ! la o6idada' dado $e en a$sencia de "ste e6iste $na Anica fase lí$ida 4omog"nea%
+as escorias de f$sión son categoriadas de ac$erdo a la #redominancia de los ó6idos #resentes en "stas' teniendo como factor comAn la e6istencia de ó6idos de >erro% Es así como las escorias de f$sión comAnmente $tiliadas en las f$ndiciones de cobre a nivel m$ndial son* la escoria calcio-ferrítica (FeO-CaO)' la fa!alítica (FeO-SiO2) ! la olivina (FeO-CaO-SiO 2)%
+a escoria calcio!ferrtica est/ com#$esta esencialmente #or ó6ido ferroso (FeO) ! de calcio (CaO)' generando $na escoria b/sica $e #resenta $na ba5a viscosidad% Este ti#o de escoria #osee como restricción $na acotada ona lí$ida $e se enc$entra limitada #or $na ba5a #resencia de sílice% +a escoria fa=altica est/ constit$ida #rinci#almente #or ó6ido ferroso (FeO) ! sílice (SiO2)' trat/ndose de $na escoria /cida de elevada viscosidad $e di>c$lta la sedimentación de gotas de mata a la fase s$lf$rada% Este Altimo efecto se ve incrementado en caso de e6istir sat$ración con magnetita en el sistema' lo $e se f$ndamenta en las condiciones o#eracionales de tem#erat$ra ! de #resión #arcial de o6ígeno ba5o las c$ales se desarrolla el #roceso% +a escoria olivina basa s$ com#osición en ó6idos de silicio (SiO2)' >erro (FeO) ! calcio (CaO)' #resentando características intermedias entre la escoria fa!alítica ! la calcio ferrítica' en c$anto a viscosidad%
igura Diagrama ternario 0aO! eO!"iO2 a 1#99J0
.ineraloga de fases en escoria solidiKcadas (2 min) , #artir de $na #artida re#resentativa de escoria de cobre granallada #roveniente de la f$ndición Caletones ' #erteneciente a la división El Leniente de CO.E+CO' se #rocedió a molerla de $na manera re#rod$cible controlando el tiem#o necesario #ara obtener $na >n$ra (>n$ra de 8%811 (cm 2 =g))% Kna ve determinado lo anterior' se #rocedió a realiar ensa!os #ara veri>car la com#osición $ímica ! mineralógica de la escoria a $tiliar%
Para la determinación de la com#osición $ímica de la escoria de cobre se realió $n anLlisis de luorescencia de ,a=os a $na m$estra de escoria% Este ensa!o de Fl$orescencia de Ra!os M f$e realiado #or el +aboratorio de Ra!os M del de#artamento de &ngeniería GetalArgica de la Kniversidad de Santiago de C4ile' ! s$s res$ltados se m$estran en la tabla 0%
Labla
0% Res$ltados ,n/lisis #or Fl$orescencia de Ra!os M%
.e la misma manera' se realió a la escoria de cobre $n an/lisis $ímico segAn la norma IC4 08N OfJ: con el >n de detectar algAn com#onente en e6ceso% +os res$ltados del an/lisis $ímico * Contenido de trió6ido de a$fre (SO 3) Contenido de ó6ido de magnesio (GgO)) realiado a las m$estras de escoria de cobre' se m$estran en la tabla 2% (Labla M&)
mineralógica se obtiene mediante $n anLlisis de Difracción de ,a=os ' el c$al f$e realiado #or el +aboratorio de Cristalografía del .e#artamento de Física de la Kniversidad de C4ile% En la caracteriación #or difracción de ra!os M de la escoria' se encontraron #rinci#almente las es#ecies mineralógicas fa!alita (Fe 3Si18) ! magnetita (Fe 318)' tí#icas de $na escoria de cobre (Fig$ra 0)% +a caracteriación
Objetivos estudio (1/2 min) •
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Caracteriar escorias con diferentes com#osiciones' las c$ales son enfriadas a distintas velocidades de enfriamiento% Conocer los com#$estos de las escorias #or m"todos de microsco#ía electrónica ! ó#tica% Establecer con las observaciones cómo remover los elementos #er5$diciales de las escorias #ara #osteriores est$dios de las mismas%
0arta @antt (1 min) En la ##L
:resu'uesto (1 min) En la ##L
,eferencias 0% ,ojas6 Alejandro 0uadros7 Reducción de las perdidas de cobre en las escorias del proceso Isamelt de la fundición de ILO de SPCC. 2101% 2% "antander6 :rof7 ?elson G7 Pirometalurgia del cobre. 0:N:% 3% Malencia6 ?ubia del 0armen 0ardona7 Contrib$ción al an/lisis >sico$imico de las #erdidas de cobre en escorias% Conce#ción * s%n%' 2100% 8% Arce6 ,odolfo Alejandro erros7 .esarrollo de $n #rograma codigo abierto #ara la f$sión de concentrado en el Convertidor Leniente% 2101%
