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Clases Piro 1 Parte 4

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  • Oscar Aguilera 1 semestre 2012

  • UNIDAD VII Refinacin del cobre blister

    - Horno de refinacin a fuego- Etapa de oxidacin- Etapa de reduccin (desoxidacin o poling)- Etapa de moldeo de nodos

  • HORNO DE REFINACIN A FUEGO

    El objetivo de los Hornos de Refino a Fuegoes la refinacin del cobre blister provenientede los convertidores Pierce Smith (CPS), queconsiste en la oxidacin del azufre,eliminacin de arsnico y luego reducir elcontenido de oxgeno hasta alcanzar unapureza de 99.7% de cobre. Posteriormente, elproducto es vaciado a ruedas de moldeodonde se solidifica el cobre en forma denodos, de peso variable.

  • CARACTERSTICAS HORNO REFINACIN

    El equipo clsico de operacin es un horno basculante de refinacin a fuego,ya sea para la produccin de cobre andico o refinado a fuego (RAF).

    La operacin en s involucra dos etapas de proceso fundamentales: (a)oxidacin-acomplejamiento; (b) reduccin. En las dos etapas secuncialesmencionadas el contenido de azufre, oxgeno y demas impurezas, representanlas variables principales, siendo el mtodo clsico de control la observacin demuestras extradas peridicamente de la fase lquida, ello implica tiempos deproceso no bien definidos y un amplio margen de variabilidad en la calidad delproducto obtenido.

  • CARACTERSTICAS HORNO REFINACIN

    Cilndrico, muy similar en diseo al convertidor Pierce-Smith con la diferenciaque ste tiene un muy reducido nmero de toberas (alrededor de tres, o inclusomenos). Originalmente este diseo se introdujo con el fin de mejorarsustancialmente la cintica del refino a fuego. Tanto la primera como la segundaetapa se llevan a cabo aqu gracias a la inyeccin de fluidos por las toberas,

  • CALIDAD COBRE BLISTER

    Cu : 98,5 - 99,3 %

    O : 5000 - 7000 ppm

    As : 1000 - 4000 ppm

    Sb : 150 - 300 ppm

    S : 20 - 150 ppm

    Fe : 50 ppm

  • DESCRIPCIN DEL PROCESO

    La refinacin a fuego del cobre blister se efectua en hornos de nodos (HA), tiene por objetivo refinar el cobre blister producido en los Convertidores Pierce-Smith (CPS) a travs de estapas secunciales de proceso, para producir cobre de caractersticas qumicas y fsicas adecuadas para su posterior refinacin electroltica.

    La calidad qumica del cobre se obtiene mediante la inyeccin de aire en la etapa de oxidacin y de un agente reductor mediante la etapa de reduccin. Mientras que la calidad fsica se obtiene principalmente en la etapa de moldeo

    No obstante, se debe notar que sin la calidad qumica no es posible obtener la calidad fsica

  • ETAPA DE OXIDACIN

    Se realiza inyectando aire por toberas y con la presencia de un quemador dispuesto en la culata del horno operando con una llama oxidante.

    cug OO =)(221

    cuO

    En esta primera etapa existe una reaccin de enorme importancia que se expresa simplemente segn:

    G = -86.651 +19,14 T log Xo +45,48 T (J)(1100-1500C)

    Que corresponde a la disolucin qumica de oxgeno gaseoso. En esta reaccin, la notacin

    significa que el oxgeno est disuelto en la fase lquida cobre

  • 7,52

    puroOCu

    4,8puroCu

    esta ultima fase, por ser menos densa sobrenada sobre el cobre liquido cuya

    Si el cobre liquido se oxida hasta alcanzar la saturacin, dentro de los rangos detemperatura utilizados industrialmente, aparece una fase liquida que esinmiscible en cobre liquido y se separa cindose al equilibrio

    ETAPA DE OXIDACIN

  • ETAPA DE OXIDACIN

    El propsito principal del refino a fuego es la eliminacin de impurezas contenidas en el cobre, por tal motivo, la reaccin fundamental del proceso corresponde a la oxidacin de las impurezas. Para este efecto pueden plantearse 3 mecanismos de oxidacin para cualquier impureza M disuelta en el cobre, donde M puede representar un metal, un no-metal o un metaloide.

    (i) Reaccin en el seno del lquido

    xMCu+ yOCu= MxOy

    (ii) Reaccin en la interfase gas-liquido

    xMCu+ y/2 O2= MxOy

    (iii) Reaccin en la interfase metal- escoria

    MCu+ 2y CuO 0,5(escoria)= 2y Cu (l) + MOy(escoria)

  • ETAPA DE OXIDACIN

    y

    CuO

    Cu

    M

    MOy

    a

    a

    a

    aK

    2

    65,0

    =

    6

    6 KLnTRG =

    Las dos primerasreacciones describen elproceso de oxidacin porabsorcin de oxigeno desde elaire soplado al metal

    La tercera reaccindescribe la transferencia de laimpureza M disuelta comometal en el cobre, oxidndosepara pasar a la escoria comooxido MOy la constante deequilibrio de esta ltimareaccin es:

    Donde

  • ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

    En general, mientras mayor el valor de K, mas desplazada a la derecha estar la reaccin (6). Por lo tanto, mientras mas negativo sea el G de formacin de oxido MOy, mas fcil ser desplazarlo por oxidacin a la escoria. Yazawa y Azkami han dado valores de la constante de equilibrio K6 para una serie de elementos a 1200C como se indica en la tabla

  • El primer grupo Au-Te, por tener un valor bajo de K, no es oxidado. Este hecho es favorable debido a que estos elementos valiosos se conservan en el cobre y luego pueden ser recuperados de los barros andicos.

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • El tercer grupo, con valorde K muy alto, corresponde aelementos que pasancompletamente a la escoria.Cuando se encuentranpequeas cantidades de estoselementos en el cobre lo msprobable es que estn a laforma de xidos y no deimpurezas disueltas,especialmente desde Na enadelante.

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • la eliminacin deimpurezas en el segundogrupo desde Bi a In, debediscutirse en mayordetalle. Mas que laconstante de equilibrio dela reaccin (6) lo queinteresa es el coeficientede distribucin deequilibrio de la impureza,definido por

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • metal

    escoriaM M

    ML )(%

    )(%=

    coeficiente de distribucin

    escMOy

    yCuOCuMesc

    M M

    aMK

    metalMMD

    ==

    2

    6)(

    )(%)(% 5,0

    coeficiente de distribucin el cual se relaciona con la constante Ksegn

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • Mientras mas alto el valor de L, mas fcil desplazar la impureza a la escoria poroxidacin. Se vera que para tener un alto valor de L, adems de ser K alto, ya queL es proporcional a L, intervienen las siguientes variables.

    M el coeficiente de actividad de la impureza M en el cobre liquido. Mientrasmas alto M mas alta la actividad de M y mas fcilmente desplazable es laimpureza desde el metal. Algunos valores de M. sin embargo, es una variableque sobre la cual no se tiene ningn control para un determinado elemento, talcomo en el caso de la constante de equilibrio

    MOy el coeficiente de actividad del oxido de la impureza en la escoria esteparmetro tiene gran importancia, ya que es el que proporciona mayor grado decontrol sobre la refinacin, al poder ser variado en varios ordenes de magnitud(aproximadamente entre 10-4 y 104) dependiendo del tipo de fundente utilizado.

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • El concepto de mayor utilidad para describir la eficiencia qumica de un fundente es la basicidad de sus xidos constituyentes (Na2O, CaO etc.). en relacin a la de los xidos de las impurezas que se desea oxidar a la escoria (As2O3,Sb2O3, etc.).

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • Los xidos cidos son aquellos que tienden a formar redes, tales como lossilicatos polimerizados, distinguindose por una alta energa del enlace con eloxigeno, el que tiende a ser covalente. Por otro lado, los xidos bsicos secaracterizan por proporcionar iones oxgenos que tienden a romper las redes delos xidos cidos esta caractersticas debida a la menor energa del enlace metal-oxigeno depende del tamao del catin metlico y su carga, como se vioanteriormente. Una escala relativa de la fuerza de enlace metal-Oxigeno semuestra a continuacin:

    ETAPA DE OXIDACIN/ACOMPLEJAMIENTO

  • ETAPA DE REDUCCIN

    Al trmino de la etapa de oxidacin, el contenido de S en el cobre flucta entre 15 a 30 ppm, en cambio el O depende si el proceso ha requerido no el agregado de fundentes. As, se tiene:Sin agregado de fundentes: 7500 8500 ppmCon agregado de fundente: 8500 10.000 ppm

    Por consiguiente La segunda etapa (reduccin) tiene como objetivo reducir los contenidos de Oxigeno presente en el bao inyectando una mezcla de aire y petroleo / gas natural en condiciones reductoras.

  • ETAPA DE REDUCCIN

    El combustible comnmente utilizado en las fundiciones es el ENAP-6 que tiene las siguientes caractersticas y composicin qumica

    Densidad Kg/Lt = 0,9832Poder Calrifico Kcal/Kg = 10115,11Composicin Qumica C= 85,00 %

    H= 15,53 %S= 2,35 %Sedimento y Agua = 0,12 %

  • Caso: Fundicin potrerillos contenidos de impurezas por

    etapas

    Carguo. Oxidacin. Reduccin. Moldeo.

    Contenido de oxigeno (ppm)

    Inicial 3.000 - 4.000 7.000 - 8.000 1.000 - 1.700

    Final 7.000 - 8.000 800 - 1.200 1.000 - 1.700

    Contenido de azufre (ppm) Inicial 1.000 - 1.300

    Final 25 - 30 25 - 30

    Contenido de arsnico (ppm)

    Inicial 2.000 - 3.000

    Final2.0003.000

    800 - 1.200 800 - 1.200

    Contenido de Antimonio (ppm)

    Inicial 200 300

    Final200300

    80 - 120 80 - 120

  • ANLISIS MUESTRA

  • ANLISIS MUESTRA

  • ANLISIS MUESTRA

  • MOLDES

    RUEDA DE MOLDEO24 MOLDES - 60 TPH

    Estanque de Enfriamiento

    Take - Off

    Anodo

    TazaCuchara

    Intermedia

    CucharaColada

    REFINO Y MOLDEODIAGRAMA DE PROCESO

    Sistema Extraccin

    Vapor

    Canal

    Tnel deEnfriamiento

    ReductorPetrleo+Vapor

    HORNOS DE REFINO

    9 m Lx4 m D9 m Lx4.5 m D

    Cobre BlisterQuem