PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE MINERÍA SEMESTRE II - 2013 IMM2053 PROCESOS METALÚRGICOS
Profesor: ALVARO VIDELA, PhD M-J: 2 Módulo Sala E-13 REQUISITOS: QIM100, IMM2000 y IMM2022. I. OBJETIVOS
Este curso asume que el estudiante es familiar a los diferentes tipos de menas y minerales presentes comúnmente en los procesos industriales, así como de los diversos tipos de separación física llevados a cabo para llegar al punto de conseguir una concentración suficientemente alta para proseguir con métodos de separación química para la extracción final del metal de valor. Los objetivos principales del curso son entregar las herramientas necesarias al ingeniero en formación para que desarrolle un claro entendimiento de las diferentes etapas y alternativas para la extracción de metales base, con un claro énfasis en la minería del cobre y del oro. El estudiante al final del semestre debe comprender y evaluar las principales variables asociadas a los procesos químicos durante la extracción a alta temperatura (pirometalurgia), extracción en solución (hidrometalurgia), y procesos electroquímicos (electrometalurgia). Al final del semestre el estudiante será capaz de:
Describir, analizar y utilizar las variables termodinámicas que intervienen en los distintos procesos metalúrgicos. Identificar, analizar y evaluar cada una de las variables internas asociadazas a cualquier etapa del proceso de extracción de minerales oxidados y sulfurados de cobre. Identificar las ventajas y desventajas de las diversas tecnologías disponibles para la extracción de minerales de cobre y oro, y evaluar en forma superficial las nuevas tecnologías en camino.
Entender y describir cada uno de los diversos procesos químicos que intervienen en los procesos industriales que envuelven reacciones químicas sólido-líquido y líquido-líquido. En particular, aquellos relacionados a procesos lixiviación en pilas, extracción por solventes y electro-obtención; Entender y describir cada uno de los diversos procesos químicos que intervienen en los procesos industriales de reacciones químicas sólido-gas a altas temperaturas. En particular, aquellos relacionados a procesos de tratamientos de sulfuros, incluyendo tostación, fusión, conversión y refinamiento. Identificar los tipos de residuos y efluentes en los diferentes procesos así como sus parámetros controlantes. Comprender, contextualizar y evaluar el impacto de la interacción de la producción minera, procesamiento de los minerales y extracción final a lo largo de la cadena del valor de la producción de metales valiosos.
II. CONTENIDO Y PLAN DE CLASES
Introducción
Características de los procesos de extracción metalúrgicos. Flujo de Procesos Industriales. Descripción de Operaciones Unitarias de Extracción. Operación de Pilas de Lixiviación. Operación en Fundiciones. Procesos en solución acu osa – H idr ometalur gia
Introducción a metalurgia química en medios acuosos Equilibrio químico y pH; Reacciones Electroquímicas; Ecuación de Nerst; Diagramas Eh-pH; Diagramas de Especiación Cinética en medios acuosos Equilibrio y reversibilidad Modelos Cinéticos – Shrinking Core Model Lixiviación de Metales Principios de la Lixiviación del oro Principios de la Lixiviación de Óxidos y Sulfuros Secundarios de Cobre Percolación e Hidrología en pilas de lixiviación
Fundamentos de concentración selectiva Adsorción por Carbón Extracción por Solventes Intercambio Iónico Osmosis Reversa Precipitación Tratamiento y Control de Efluentes F un damentos de Recuperación Selectiva - El ectrometalur gia
Electroquímica - Teoría cinética de Butler-Volmer Electro refinación Electro obtención
Procesos a alta temperatur a - Pi rometalur gia
Elementos de Termodinámica en Metalurgia Conceptos de Energía: Energía térmica y entalpía. Energía libre: Ecuación de Gibbs-Helmoltz. Equilibrio químico. Termodinámica de soluciones. Calculo de Energías Libres y Diagramas de Ellingham. Diagramas de fases. Tipos de reactores para reacciones sólido/gas. Fundición y Conversión de Sulfuros
Flujo detallado de una fundición de cobre. Estudio de las principales reacciones químicas. Balances de energía y masas. Diagramas de fases aplicados al eje y escorias. Tecnologías para la Fundición de Cobre Fusión en Suspensión (Outukumpu Flash, Inko Flash, Contop, etc) vs Fusión en Baño (Ausmelt, Mitsubishi, Noranda, Teniente, etc) Tecnologías para la etapa de Conversión de Cobre Conversión en Suspensión (Inco Flash Converting) Conversión en Baño (Mitsubishi, Pierce-Smith, etc) Nuevas Tendencias Desarrollos hacia procesos continuos Tratamiento y Control de efluentes (SO2)
Otros Procesos
Secado, Calcinación y Tostación de Concentrados Refinamiento a fuego Otros metales
Principios aplicados en la producción de Hierro/Acero, Titanio, Plomo, Aluminio. Nuevas Tendencias
Biolixiviación Reciclamiento de Metales Tratamiento de Polvos de Fundición Otros III. PLAN DE LABORATORIOS Y AYUDANTIAS
Una ayudantía semanal es recomendable. Ayudantías y laboratorios contribuyen a complementar la clase y mejorar el entendimiento de la materia con experiencias donde los estudiantes pongan en práctica los conocimientos aprendidos. Para mejorar el entendimiento de la materia se tiene en mente los siguientes laboratorios los cuales deben hacerse de preferencia en parejas de estudiantes donde cada grupo tendrá muestras diferentes. Pirometalurgia
1. Medición de las variables cinéticas y termodinámicas de la producción de Cal (Oxido de Calcio, CaO) usando Carbonato de Cal (CaCO3). Hidrometalurgia
2. Lixiviación de óxidos de cobre en mini-columnas. 3. Extracción por Solventes. El objetivo es construir isotermas de carga y descarga de la fase orgánica de manera que el estudiante se familiarice con los fundamentos de concentración selectiva. Electrometalurgia
4. Electro-obtención de cobre en solución. 5. Electro-refinación de un ánodo de Cobre.
IV. EVALUACIONES
Nota Presentación Final 5% Asistencia Seminarios 10% Promedio Controles 15% Laboratorios 40% Promedio Ies (I1, I2, I3) 30% Examen final Se requiere una asistencia superior al 70% de los seminarios. Para aprobar se requerirá que el promedio de las notas de las Ies sea mayor o igual a 4,0 de lo contrario reprobará con un 3,9. Los controles serán breves ejercicios de la materia vista en la clase anterior o actual y se efectuarán en cualquier momento de la clase. Si Nota Presentación Final > 5.0 y todas la Ies están sobre 4.0, entonces se eximirá del Examen Final. I1
I2
I3
Examen
12-Sep-2013
14-Oct-2013
12-Nov-2013
04-Dic-2013
V. OTROS
El curso incluirá al menos una visita a faena obligatoria para todos los alumnos. La visita se hará a mediados del semestre cuando confirme la faena minera la fecha en que se podrá visitar sus instalaciones. V. BIBLIOGRAFÍA
Paper Seleccionados. Extractive Metallurgy of Copper, Davenport, King, Schlesinger and Biswas, Pergamon, 4th Edition, 2002. Hidrometalurgia, Esteban M. Domic, Andor Impresores Ltda., 2001 The Chemistry of Gold Extraction, Marsden and House, SME, 2nd Edition, 2006
