UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA

Proyecto FinalMateria Ttulo Fecha Integrantes : : : : Materiales para Ingeniera Produccin de sulfato de cobre 22 de junio Luis Antonio Aliaga Aparicio Luis Fernando Encinas Quisbert Ivan Rodrigo Mendoza Aguilar Diego Orlando Pealoza Durn Carrera Profesor : : Ing. Electromecanica Ing. Omar Nina

La Paz - Bolivia 2010

INDICE1. Introduccin 2. Objetivos 3. Fundamento terico 3.1 3.2 Lixiviacin de cobre metlico con cido sulfrico Cristalizacin del sulfato de cobre pentahidratado

4. Proceso de produccin 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Flujograma de la planta de produccin de sulfato Materia prima Seleccin Lixiviacin Cristalizacin Recoleccin de cristales Centrifugacin Secado Producto final

5. Reactor de lixiviacin 5.1 5.2 5.3 5.4 Funcionamiento Especificaciones tcnicas Mejoramiento de la composicin del reactor Acero inoxidable 5.4.1 Principio de funcionamiento 5.4.2 Corrosin del acero inoxidable 5.4.3 Tipos de acero inoxidable 5.4.4 Factores de riesgo de corrosin 5.4.5 Factores de prevencin de la corrosin 5.4.6 Seleccin del acero adecuado 6. Conclusiones 7. Bibliografa

Produccin de Sulfato de Cobre1. Introduccin El sulfato de cobre es uno de los compuestos ms importantes de cobre. Su forma comercial ms usada es el CuSO4-5H2O (sulfato de cobre pentahidratado). El principal consumidor de este producto en Bolivia es la industria minera, que lo utiliza como reactivo activador en plantas concentradoras de flotacin de minerales de zinc y plomo. La produccin de sulfato de cobre se realiza principalmente con chatarra de cobre y acido sulfrico, mediante el proceso de lixiviacin; este proceso se lleva a cabo en reactores, los cuales deben poseer las caractersticas requeridas para soportar este proceso, que se lleva a cabo en un medio acido. 2. Objetivos y y Analizar el proceso de produccin de sulfato de cobre. Seleccionar una maquina del proceso de fabricacin, y desarrollar sus componentes y caractersticas

3. Fundamento Terico 3.1 Lixiviacin de cobre metlico con cido sulfrico. La lixiviacin es un proceso hidrometalrgico, por cuanto implica el uso de soluciones, que consiste esencialmente en hacer que un elemento o compuesto que se halla en estado slido pase a formar parte de un estado o fase lquida. En la planta de produccin, la materia prima utilizada es chatarra de cobre, que al ser puesta en contacto con una solucin de cido sulfrico se disuelven y pasa a formar parte de la solucin. La chatarra de cobre, en caliente, ambiente acido y con adicin de vapor de agua en presencia de aire, sufre de las siguientes reacciones:

Las principales variables del proceso de lixiviacin de chatarra de cobre son la concentracin de acido sulfrico, temperatura y presin de aire. La lixiviacin de la chatarra lleva un periodo de 10 horas aproximadamente.

3.2 Cristalizacin del sulfato de cobre pentahidratado El sulfato de cobre es uno de los compuestos mas importantes en la industria del cobre, siendo el CuSO4-5H2O su forma comercial ms utilizada. Algunos de sus usos principales son: y y y y y y y y y Preparacin de fungicidas. Control de enfermedades fungosas. Correccin de deficiencia de cobre en los suelos. Proteccin de postes de madera. Destruccin del florecimiento de algas en depsitos y piscinas. Catalizador en varias industrias. Electrolito en fabricacin de polvo. Reactivo de flotacin en la concentracin de minerales de zinc. Preparacin de clorofilas como material colorante.

La cristalizacin de sulfato de cobre se realiza a partir de soluciones de lixiviacin de oxido de cobre o concentrados tostados. Esta se produce cuando se alcanza una concentracin superior a la saturacin, esta depende de la temperatura y de la naturaleza del soluto y del solvente.

4. Proceso de produccin 4.1 Flujograma de la planta de produccin de sulfato

4.2 Materia prima La materia prima utilizada en la fabricacin de sulfato de cobre pentahidratado, es chatarra de cobre, la cual es acopiada y suministrada de diferentes partes del pas. El reactivo utilizado en la lixiviacin es el cido sulfrico.

4.3 Seleccin Etapa que consiste en seleccionar la materia prima en tres grupos: chatarra de primera (sin impurezas), chatarra intermedia (impureza de gomas, barnices) y chatarra sucia (impureza de otros metales). 4.4 Lixiviacin Proceso que se realiza en un reactor, en el cual se adiciona la chatarra para luego bombear al reactor las aguas madres restauradas en cido sulfrico. Despus se inyecta aire y vapor de agua para que se realice la lixiviacin de la chatarra. 4.5 Cristalizacin La solucin preada y caliente se alimenta a tinas de cristalizacin, y mediante enfriamiento hasta temperatura ambiente se efecta la cristalizacin en un periodo de 6 das. 4.6 Recoleccin de cristales Una vez terminada la cristalizacin, se bombea la solucin residual a recirculacin para alcanzar la concentracin requerida en el proceso. El retiro de los cristales se realiza de forma manual, lo cual requiere mucho tiempo, puesto que se debe desprender los cristales depositados y acumulados en las tinas. 4.7 Centrifugacin Operacin en la que se efecta el lavado del sulfato de cobre pentahidratado, para eliminar el cido sulfrico e impurezas impregnadas en el mismo. 4.8 Secado El secado se realiza en un depsito a temperatura ambiente, para luego realizar la tamizacin de los cristales segn el requerimiento de los consumidores, pudiendo variar en su forma cristalina o en formas ms reducidas. 4.9 Producto final Producto: Pureza: Anlisis qumico: CuSO4-5H2O 99 % Cu: 25 % Fe: 0.1 % H2O: 12.19 %

5. Reactor de lixiviacin 5.1 Funcionamiento Un reactor qumico es una unidad procesadora diseada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones qumicas. Dicha unidad procesadora est constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con lneas de entrada y salida para sustancias qumicas. Los reactores qumicos tienen como funciones principales: y Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del tanque, para conseguir una mezcla deseada con los materiales reactantes. Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias con el catalizador, para conseguir la extensin deseada de la reaccin. Permitir condiciones de presin, temperatura y composicin de modo que la reaccin tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos termodinmicos y cinticos de la reaccin.

y y

En el proceso de fabricacin de sulfato de cobre, una de las partes ms importantes del proceso es la lixiviacin, que se realiza en los reactores. Es por eso que decidimos hacer un anlisis mas detallado de este equipo en particular. En esta parte del proceso, se mezcla la chatarra de cobre con el cido sulfrico en solucin, por lo tanto la mezcla resultante tiene un carcter cido bastante fuerte, con pH muy bajo. Estas condiciones del proceso requieren que el reactor este hecho de un material que pueda resistir efectivamente las temperaturas de operacin, as como tambin la corrosin del cido. 5.2 Especificaciones tcnicas En la fbrica PROCEL, los reactores estn fabricados con acero inoxidable, y trabajan bajo los siguientes parmetros de operacin: Temperatura de lixiviacin: Presin de vapor de agua: Tiempo de lixiviacin: Presin de aire: Acido sulfrico: 80 [C] 100 [p.s.i.] 12 [h] 5 [p.s.i.] 200 [g/l]

Los reactores son de forma cilndrica, y tienen las siguientes dimensiones: Altura: Dimetro: 4,5 [m] 1,90 [m]

Espesor acero: Volumen:

2 [mm] 12,75 [m3]

5.3 Mejoramiento de la composicin del reactor Durante nuestro recorrido por la empresa PROCEL, pudimos observar que uno de los problemas presentes en la fabrica es el mantenimiento y reparacin de los reactores, ya que a pesar de que estn hechos de acero inoxidable, su vida til es variable dependiendo del tipo de acero utilizado, teniendo generalmente una durabilidad de 4 a 5 aos. Para ampliar la vida til de estos reactores sera conveniente buscar otros tipos de aleaciones de acero inoxidable, que estn hechas para resistir los diferentes procesos que ocurren dentro de este, sobre todo la corrosin. 5.4 Acero Inoxidable Los aceros inoxidables son un grupo de aceros aleados que presentan una resistencia muy significativa a la corrosin (ello no significa que todos resistan las corrosiones) Los aceros inoxidables se definen como aceros que contienen un 10,5 % o ms de cromo. Las pruebas y experimentos realizados indican que un mnimo de 10,5 % de cromo es requerido para hacer que el acero inoxidable tenga suficiente resistencia a la corrosin. 5.4.1 Principio de funcionamiento El acero cuando se pone en contacto con la atmsfera, empieza a coger "herrumbre". La herrumbre del acero es la formacin del xido de hierro, y el proceso de oxidacin de cualquier metal se llama corrosin. La corrosin resultante del acero suave no es protectiva, y si este acero suave no est lo suficientemente protegido (pintura u otros medios), toda la pieza o componente puede empezar a corroerse. Cuando el acero inoxidable se expone a la atmsfera, el xido de cromo se forma automticamente en la superficie del acero inoxidable, debido a la gran afinidad entre el cromo y el oxgeno. Esta capa de xido de cromo es pasiva (qumicamente inerte), tenaz (fuertemente sujeta a la superficie del acero) y auto renovable. Esta fina capa generada, de tan solo 130 angstrom, protege la base del acero inoxidable de la corrosin. La auto renovacin de la capa superficial del metal significa que al renovarla o modificarla, la capa superficial se renueva por s sola.

5.4.2 Corrosin del acero inoxidable Los aceros inoxidables en realidad son "casi" inoxidables, esto depende de muchos factores que influencian la conducta del acero inoxidable en diferentes aplicaciones, como el tipo de inoxidable, acabado superficial, diseo, fabricacin y el entorno o ambiente . 5.4.3 Tipos de acero inoxidable Existen 5 tipos de acero inoxidable, que se agrupan segn sus propiedades: y Grupo 1: son los ms apropiados para condiciones no severas, como por ejemplo en interiores, donde no hay contacto con agua o hay una limpieza regularmente, o en exteriores en los que cierta corrosin superficial resulte aceptable. Estos ofrecen una vida ms larga que el acero comn Grupo 2: son ms eficaces en contacto intermitente con el agua, en condiciones que no sean severas. Grupo 3: son adecuados para contextos similares al grupo 2, pero son mas fciles de soldar. Grupo 4: son ms resistentes a la corrosin que el acero inoxidable con nquel, adecuados para gran variedad de usos. Grupo 5: tienen un contenido de cromo muy elevado, alrededor del 29%, ms un 4% de molibdeno, lo que los hace igual de resistentes a la corrosin en el agua marina que el titanio.

y y y y

5.4.4 Factores de riesgo de corrosin y y y y y y y y Partculas incrustadas. Depsitos superficiales. Defectos superficiales. Discontinuidades estructurales. Salinidad. Aumento de la temperatura. Condiciones de alta acidez. Entorno fuertemente reductor.

5.5.5 Factores de prevencin de la corrosin y y y Superficie limpia. Superficie lisa. Superficie pre-pasivada.

y y y y y

Envejecimiento de la superficie. Efecto de lavado. Mayor contenido en cromo. Condiciones oxidantes (O2 - no demasiado fuertes) Adicin de molibdeno.

5.5.6 Seleccin del acero adecuado Al momento de seleccionar un acero en particular, se debe tomar muy en cuenta todos los parmetros relacionados con las condiciones de servicio para el que cual se va a utilizar. Se deben seguir las siguientes reglas bsicas de seleccin: y y y y y En el caso de entornos agresivos, seleccionar un tipo con un contenido de cromo y/o molibdeno mayor. Evitar los acabados superficiales rugosos; es preferible una superficie finamente pulido. Optimizar el diseo en lo relativo a la limpieza. Evitar las geometras que formen grietas o hendiduras. Mantener la superficie limpia con el fin de evitar la aparicin de manchas y la acumulacin de polvo.

6. Conclusiones Buscando la solucin al problema del deterioro de los reactores por lixiviacin, estudiamos los diferentes tipos de aleaciones de acero inoxidable existentes, con el fin de encontrar una aleacin que se adecue a las necesidades de esta empresa. Llegamos a la conclusin de que para optimizar el tiempo de vida til de los reactores, se debera utilizar para su fabricacin un acero inoxidable del grupo 5, ya que este tiene mayor resistencia a la corrosin por su alto contenido de cromo y molibdeno; de esta manera asegurando la mxima durabilidad del reactor. Consideramos tambin importante prevenir la corrosin dentro del reactor, limpiando su superficie peridicamente, asegurndose que la superficie se mantenga lisa y pulida. De igual manera se debe mantener un flujo constante de oxigeno dentro del reactor, para que la capa pasiva del acero inoxidable permanezca intacta.

7. Bibliografa y y y y y y Anlisis de la operacin de la planta PROCEL Victor Waldo Quisbert Valdez "La gua esencial para los aceros inoxidables ferrticos" ISSF: International Stainless Steel Forum "Un salto adelante en la innovacin del acero inoxidable" Gual Steel S.L. http://es.wikipedia.org/wiki/Lixiviaci%C3%B3n#Metalurgia_Extractiva http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidable http://es.wikipedia.org/wiki/Pasivaci%C3%B3n