Proceso Proceso Productivo Fundición de Cobre Para incrementar progresivamente la ley o contenido de cobre del material sometido a fundición, el proceso pirometalúrgico considera fases consecutivas de Fusión(objetivo Fusión( objetivo concentrar el metal a recuperar, mediante una separación de fases de alta temperatura: una sulfurada rica en el metal y otra oxidada o pobre en él) , Conversión (elimina el azufre y el ierro presentes en la fase sulfurada, mediante oxidaciones del ba!o fundido para obtener un cobre final relativamente puro) y Refinación " #s$ se logra %ue la pureza inicial de &' a ' contenida inicialmente en el concentrado, se incremente progresivamente asta **,+ en el nodo" -e las fases consecutivas, la fusión y fusión y la conversión son las ms importantes por lo determinantes %ue resultan en el proceso general" .oy en d$a el proceso de fundición once etapas: /" 0ecepción y manejo de materias primas e insumos" 1" 2ecado de concentrados" &" 3ostación parcial de concentrados" " #limentación de concentrados al orno de fusión" +" 4usión de concentrados" 5" 6impieza de escorias" 7" 8ranallado de eje alta ley y escorias" 9" Preparación y manejo de eje de alta ley" *" onversión de eje de alta ley" /'" 0efinación y moldeo de nodos" //" Plantas de limpieza de gases" ;n la figura de una secuencia clsica de etapas pirometalúrgicas se muestra el rango aproximado de temperaturas involucradas" ;n su forma clsica, ay una secuencia alternada de etapas endo y exotérmicas, siendo las ms relevantes por su tama!o las correspondientes a la fusión y la conversión" 2ecuencialmente, también ay un aumento paulatino de la temperatura del sistema fundido"
;l proceso se inicia con la recepción y almacenamiento de los fundentes y otros insumos en reas especiales para el concentrado" ;stos materiales, %ue son transportados por v$a mar$tima o terrestre, tienen un contenido de umedad %ue var$a entre un 5 a 9 y proviene de distintas fuentes de abastecimiento" 2e descargan mediante correas transportadoras tubulares o similares para evitar derrames y da!os al medio ambiente"
;l concentrado úmedo proveniente del domo de mezcla, es almacenado en tolvas desde donde i ngresa a las l$neas de secado de cada e%uipo de fusión %ue cuenta con secadores calefaccionados con vapor de agua ;n esta etapa la umedad original del concentrado (entre 5 y 9) se reduce a niveles %ue osci lan entre ',1 y ',&"
;l concentrado va reduciendo sus niveles de umedad a medida %ue avanza dentro un tambor metlico" ;n el interior circula vapor a temperatura de /9'=, por un serpent$n %ue permite la transferencia de calor por radiación y convección" ;l calor re%uerido para el secado es suministrado por vapor saturado, a una presión de 1' bares, proveniente desde calderas de recuperación de calor de los gases generados en el proceso de fundición y %ue se encuentran asociadas a los respectivos ornos de fusión y conversión" 6os vaos 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 part$culas en suspensión, para ser dirigidas a las tolvas de almacenamiento de concentrado seco" 6os vaos limpios son descargados a la atmósfera" ;l vapor condensado producto del proceso es conducido por ca!er$as a un estan%ue recuperador de condesados para su reutilización" -ebido a %ue la temperatura de operación del secador es de /9' =, no se generar emisión de 2>1 al ambiente, ya %ue el azufre solo reacciona con el ox$geno a una temperatura superior a los &'' ="
6a tostación consiste en la oxidación parcial de los sulfuros del concentrado y en la eliminación parcial del azufre de éste como 2>1 y ocurre según reacciones sólido?gaseosas, a temperaturas de +'' a 9'' =, dependiendo de los productos %ue se desea obtener"
utoBumpu"
;l objetivo de esta etapa es formar una fase de sulfuros l$%uidos, compuesta principalmente por calcosina (u12), covelina (u2), calcopirita (u4e21), pirita (4e21) y bornita (u +4e2)" ;n lo posible, debe contener todo el cobre alimentado, y otra fase oxidada l$%uida aderida a la anterior, llamada escoria, ojal exenta de cobre, compuesta principalmente de silicatos de ierro" 6os silicatos de ierro y los fundentes forman la escoria" 6os concentrados sulfurados de cobre son bsicamente combinaciones, en proporciones variables, de sulfuros de ierro y cobre mezclados con ganga sil$cea cido o bsica" Las reacciones que tienen lugar en el Horno de Fusión (HF) transcurren entre estos constituyentes del concentrado y los fundentes, y corresponden principalmente a la reducción de los óidos de cobre por el sulfuro cuproso y a la sulfuración de los óidos de cobre por el sulfuro ferroso 6a tecnolog$a .4 corresponde a un proceso de fusión?conversión continua de concentrados" 6os productos generados en este proceso son una fase rica en cobre, conocida como e!e de alta ley, con un 51?7' de cobre, una escoria con un /?1 de cobre y 9?/1 de 4e&>, y una corriente continua de gases con un &'?&+ de 2> 1 en la salida del orno" oncentración %ue depender principalmente del enri%uecimiento en ox$geno del aire de proceso" 6a escoria generada en el .4 es evacuada por un pasaje de sangr$a ubicado en el extremo opuesto al punto de extracción del metal blanco, transferida por gravedad a través de una canaleta inclinada, cerrada, refrigerada y recubierta por material refractario, a un Horno "l#ctrico de Limpie$a de "scoria (en adelante .;6;) para recuperar su contenido de cobre" #mbas canaletas, tanto la %ue conduce la escoria al .;6;, como la %ue conduce el metal blanco a la etapa de granallado, se encuentran totalmente confinadas de tal forma %ue los gases y vaos emanados por la extracción o sangrado de los productos (metal blanco y escoria), sean captados y conducidos mediante ventilación a un sistema de limpieza de gases secundarios, donde un filtro de mangas recupera las part$culas en suspensión (las %ue luego son recirculadas como carga fr$a al .4)" 6uego, los gases y vaos son neutralizados y emitidos a la atmósfera"
0especto de los gases metalúrgicos primarios producidos en el proceso (ricos en 2>1), éstos salen del .4 por una torre refrigerada y pasan a una caldera donde se enfr$an asta alcanzar una temperatura de &+' ="
6a escoria fundida producida por el .4 es alimentada al .;6; por la gravedad a través de una canaleta cerrada y ventilada" 6a reducción del contenido de 4e&> permite mejorar las propiedades fisico%u$micas de la escoria optimizndose la separación y, en consecuencia, la sedimentación de las part$culas de cobre" #s$ se logra la separación de las dos fases fundidas presentes: metal blanco con un contenido de cobre de 7' y escoria descartable con un contenido de cobre de alrededor de '"7'" 6os gases generados en el .;6; son captados y conducidos a un incinerador %ue permite asegurar la %uema total del carbón remanente no utilizado" Posteriormente, son mezclados con aire del sistema de ventilación del orno y con los gases secundarios de proceso" ;sta mezcla es enfriada y conducida a un si stema de limpieza %ue permite la recuperación de material particulado" 6os gases adems de limpiados son neutralizados previo a su emisión a la atmósfera"
;n las operaciones modernas de fundición no se considera el transporte de materiales fundidos entre las etapas de fusión y conversión, lo %ue reduce al m$nimo las emisiones fugitivas" ;sto se consigue con la inclusión de etapas de granallado y molienda %ue permitan transportar materiales en estado sólido" ;l proceso realizado en las plantas de granallado consiste en la granulación del material fundido, ingresa por la parte superior del pit o módulo de granulación y cae gravitacionalmente al fondo de éste" -urante esta ca$da el material fundido entra en contacto con agua pulverizada por un sistema de bo%uillas, con lo %ue el material se solidifica en pe%ue!os grnulos, %ue caen en el fondo del pit de granulación junto con el agua inyectada" ;l material es recogido por un elevador de capacos perforados y luego pasa por un arnero vibratorio, donde se separa el sobretama!o una alta tasa de escurrimiento del agua" 6as aguas utilizadas en el proceso de granallado (agua industrial) son condensadas y recirculadas en su totalidad dentro del mismo proceso, lo %ue genera una m$nima emisión de vapor de agua"
;l eje de alta ley granallado proveniente del .4 se acumula en el domo de almacenamiento"
;n la etapa de conversión, el sulfuro ferroso se oxida formando dióxido de azufre, mientras %ue el óxido ferroso se une con la s$lice y cal para formar escoria, esencialmente ferr$tica" ;l calor de formación de esta escoria, junto con el producido en la oxidación del azufre y el ierro, es suficiente para mantener los diferentes materiales en estado fundido" uando se a oxidado todo el azufre asociado con el ierro, el eje de alta ley (sulfuro cuproso) también se oxida y, tan pronto como se a formado una cantidad apreciable de óxido cuproso, éste reacciona con el sulfuro cuproso para formar cobre bl$ster y dióxido de azufre, según las siguientes reacciones %ue ocurren asta %ue se consume prcticamente todo el azufre:
Respecto de las impure$as presentes en el e!e de alta ley, una parte importante del ars#nico, antimonio, plomo y $inc se volatili$a en forma de óidos, mientras que la plata y el oro permanecen en el cobre bl'ster& La tecnolog'a de conversión considerada en esta descripción de una fundición moderna, corresponde a Hornos Flas% u Hornos de Conversión nmediata uto*umpu + ennecott (FCF)&
"orno Flash# $i!isión %entanas#
;n la torre de reacción se encuentra el %uemador donde se alimenta la carga" 1 (&+?+)" 6os materiales fundidos son depositados en el decantador (settler) del 44, %ue corresponde a una estructura metlica rectangular revestida interiormente de refractarios y elementos de enfriamiento similares a los de la torre de reacción, pero con geometr$a distinta" ;stos materiales son evacuados desde settler, una vez %ue la separación de fases (blister y escoria) esté claramente definida debido a su dif erencia de densidades y pesos espec$ficos" ;l decantador del orno posee placas de sangr$a para blister y placas de escoria" ;stas canaletas %ue tienen una planca metlica 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" 6a producción de cobre bl$ster alcanzar un contenido promedio de cobre de **"'" 6a secuencia de sangr$a del bl$ster fundido est configurada de acuerdo a la disponibilidad operacional de los ornos de nodos" 6a escoria producida en el 44 es evacuada mediante canaletas selladas, de caracter$sticas similares a las utilizadas para el bl$ster, acia una etapa de granallado" -ado el contenido metlico de la escoria granulada (/7"5 de cobre), es transferida por camiones al rea de almacenamiento de concentrados para su reprocesamiento como carga fr$a al .4"
;l cobre bl$ster obtenido de la etapa de conversión aún contiene i mpurezas y materiales valiosos tales como plata, oro, arsénico, antimonio, bismuto y ierro, por lo %ue debe ser refinado en los %ornos anódicos" 6a operación de los %ornos de refinación es c'clica (batc%) y est constituida por las siguientes etapas: 6lenado, >xidación, ;scoriado, 0educción y Daciado" ada orno opera de forma secuencial, de acuerdo con las cinco etapas mencionadas" ompletada la carga del orno, se inicia la etapa de oxidación, %ue permite remover el sulfuro contenido en el bl$ster asta un nivel de +' ppm" Para tal efecto se inyecta al ba!o fundido aire enri%uecido con ox$geno" #dicionalmente se renuevan otras impurezas contenidas en el cobre bl$ster, inyectndose v$a toberas, si es necesario, pe%ue!as cantidades de cal, %ue permiten la formación de una escoria %ue se descarta por sangrado y posteriormente es recirculado"
;l objetivo de estas plantas de limpieza es acondicionar los gases metalúrgicos primarios para su utilización como insumo en la producción de cido sulfúrico (.12>)" 6os gases emitidos por el .4 estn compuestos principalmente por 2>1, umo, vapores metlicos y part$culas de cobre arrastradas" 6os gases provenientes del 44, estn compuestos fundamentalmente de 2>1 y material particulado" #mbos gases primarios, luego de pasar por los respectivos precipitadores electrectroestticos, se juntan en una cmara de mezcla común desde donde son conducidos a las plantas de limpieza de gases" ;l proceso de producción de cido sulfúrico se lleva a cabo en tres fases: purificación de gases, oidación catal'tica de - . +-/ y absorción& 6a etapa de purificación o limpieza de gases tiene por objetivo acondicionar el gas, retirando todos a%uellos compuestos cuya presencia pueda significar una merma en la eficiencia de producción de cido sulfúrico o un da!o al catalizador" Para ello, se contar con una torre de lavado %ue permitir el enfriamiento y limpieza de sólidos y umos metlicos arrastradosA una sección de precipitadores de neblina úmeda y una torre de secado,
donde son mezclados con aire de dilución asta alcanzar un contenido medio de / de 2>1, apto par ser enviado a la sección de contacto u oxidación" ;l proceso de limpieza de gases genera un residuo l$%uido, %ue contendr la totalidad del arsénico y trazas de otros elementos metlicos volatilizados en la fundición y presente en los gases sometidos a tratamiento" ;ste ril ser conducido a la Planta de 3ratamiento Entegral de ;fluentes Endustriales"
