PIROMETALURGIA I

Universidad de AtacamaCOPIAPÓ - 2011

Pirometalurgia: Obtención y refinación de metales utilizando calor.

El objetivo principal de la fundición es separar el cobre de otros minerales e impurezas. Para esto el concentrado de cobre pasa por varios procesos hasta obtener cobre blister que contiene aproximadamente 99 % de cobre.

Copiapó

Fundiciones de Cobre en Chile

POTRERILLOS (CODELCO) 680 tm/a 1 Teniente reactor (5 x 22 m) 3 Peirce Smith converter 2 Teniente slag cleaning furnace

LAS VENTANAS (CODELCO) 400 tm/a 1 Teniente reactor (4x15 m) 3 Peirce Smith converter 1 Electric furnace

CALETONES (CODELCO) 1200 tm/a 2 Teniente reactor (5 x 22 m) 4 Peirce Smith converter 4 Teniente slag cleaning furnace

ALTONORTE (NORANDA) 400 tm/a 1 Noranda Reactor 3 Peirce Smith converter

CHAGRES (DISP. de las CONDES) 480 tm/a 1 Outokumpu flash furnace 3 Peirce Smith converter 2 Teniente slag cleaning furnace

CHUQUICAMATA (CODELCO) 1620 tm/a1 Horno Flash Outokumpu2 Reactores Teniente (5 x 22 m)3 Convertidores Peirce Smith2 Hornos de limpieza de escorias Teniente

PAIPOTE (ENAMI) 300 tm/a 1 Teniente reactor (4 x 15 m) 2 Peirce Smith converter 1 Electric furnace

Proceso Productivo Fundición Paipote

Vapor de Agua

Concentrados de Cobre

8 –10 % agua

20-50 % cobre

20-38 % azufre

30-50 % fierro y otros

Ánodos de Cobre

99,7 %Cu

Cobre Blister

98-99 %Cu

Secador Rotatorio

Convertidor Teniente

Convertidor Peirce Smith

Refino a Fuego y Moldeo de Anodos

Refinería Electrolítica Codelco

Plantas Acido Sulfúrico

Gases de Proceso

Acido Sulfúrico

Plantas Lixiviación

Horno EléctricoLimpieza de Escoria

Escorias a Botadero 0,8 % Cu

Secado de Concentrado

El objetivo del secado es eliminar en la forma de vapor el agua contenida en los concentrados. La humedad de los concentrados normalmente varía en rango de 8-10%.

El secado se realiza mediante un secador rotatorio de 55 tph de capacidad, el que cuenta con un quemador de petróleo, Enap-6.

Los gases de la combustión a una temperatura alrededor de 500 º C se ponen en contacto con el concentrado húmedo. La mayor parte del agua se transforma en vapor de agua, lo que permite producir un concentrado seco con una humedad residual de 0,2%.

Fusión de Concentrados

El objetivo de la fusión es llevar a estado líquido el concentrado de cobre y producir la separación del Metal blanco, compuesto principalmente sulfuro de cobre, en el fondo del reactor. En la parte superior del baño fundido se tiene la Escoria que contiene sílice y óxidos de fierro.

El principio de funcionamiento del convertidor Teniente consiste en aprovechar el calor generado en la combustión del azufre y de la oxidación del fierro de los concentrados, Para lo cual se insufla aire con un 38% de enriquecimiento de oxígeno a través de 30 toberas de soplado, lográndose una temperatura de operación de 1.250 ºC.

El CT de Paipote mide 15 m de largo y 4 m de diámetro. Se inyecta concentrado seco mediante 2 toberas ubicadas en la línea de toberas de soplado del CT. Además por un Inyector de carga se agrega fundente silíceo, circulantes y concentrado. La fusión diaria del CT es del orden de 1.000 tons.

Convertidor Teniente Paipote

• Fundente Silíceo• Minerales Fund. Directa• Circulantes y Polvos• Concentrado Húmedo

Gases de ProcesoSO2

Concentrado SecoAire y Oxígeno Industrial

Metal Blanco

Escoria

Conversión de Metal Blanco

El objetivo de la conversión es eliminar el azufre y el hierro contenidos en el metal blanco, para lo cual se insufla aire enriquecido con oxígeno dentro del baño fundido del convertidor Peirce Smith.

El proceso de conversión es discontinuo o batch, una carga de 3 ollas de metal blanco dura 120 minutos. Se realizan de 9 a 10 ciclos o cargas de conversión por día.

Paipote cuenta con 2 CPS de 7,2 m de largo y 3 m de diámetro, uno se encuentra en operación y otro se encuentra en mantención o stand-by frío.

El cobre metálico producido se denomina como “cobre blister” o cobre sucio.

Convertidor Peirce Smith

Gases de ProcesoSO2

Aire y Oxígeno Industrial

Metal

Blanco

Cobre Blister

LIMPIEZA DE ESCORIA EN HORNO ELECTRICO

La limpieza de escoria tiene como objetivo recuperar la mayor parte del cobre arrastrado en la escoria del Convertidor Teniente, la cual tiene una ley de 10% de cobre.

El Horno Eléctrico de Limpieza de Escoria (HELE), utiliza una potencia eléctrica de 4 a 5 MW para generar el calor necesario para el proceso, lo que permite la decantación del metal blanco en la parte inferior del horno.

El metal blanco producido es retornado a la fundición. Se obtiene una escoria final de 0,8% de cobre que es enviada a botadero final.

Horno Eléctrico de Limpieza de Escorias

Plantas de Acido

El objetivo del proceso consiste en recuperar del dióxido de azufre (SO2) de los gases generados en los procesos de fusión-conversión, para producir ácido sulfúrico.

Las etapas del proceso son: Enfriamiento de Gases, Limpieza de Gases, Conversión de SO2 a SO3 y Absorción de SO3 a H2SO4.

Paipote cuenta con 2 Plantas de Acido. La Planta Nº 1 capta los gases del Convertidor Peirce Smith en operación y la Planta Nº 2 recibe los gases de Conv. Teniente. Cuando el CPS está fuera de soplado, los gases de CT se distribuyen entre ambas plantas.

La producción diaria de ácido sulfúrico alcanza a 830 toneladas y es despachada en camiones a Plantas de ENAMI y de empresas privadas, para ser utilizado en el procesos de lixiviación de minerales oxidados.

Refino a Fuego y Moldeo de Ánodos

El objetivo de la refinación a fuego consiste en eliminar el remanente de azufre y otras impurezas en el cobre blister, de tal forma que el cobre obtenido cumpla con las especificaciones de calidad química para refinación electrolítica.

El proceso es tipo batch con las siguientes etapas: Oxidación, Reducción, Moldeo y Despacho; con un tiempo total de 10 a 12 horas. Cada día se realizan 2 cargas de moldeo con una producción de 280 toneladas.

El objetivo del moldeo consiste obtener el ánodo con las características físicas y de peso convenidas con el cliente.

Refinación Electrolítica

El objetivo de la refinación electrolítica consiste obtener cobre con pureza de 99,99% en la forma de cátodos. Los cátodos constituyen la materia prima de materiales para fabricación de alambrón, planchas y otros.

Se obtiene un barro anódico que contiene el oro y plata así como impurezas como arsénico, antimonio, teluro y otros. Estos barros son procesados por técnicas hidrometalúrgicas y de fundición para la obtención de metal doré.

En la actualidad ENAMI no cuenta con refinería, por lo que los ánodos de Paipote son enviadas a la Refinería de las Ventanas de Codelco.

Refinación Electrolítica

+-

Cu++

Electrolito

Ánodo

Hoja madre

+-

Cu++

Barro Anódico

Scrap

Cátodo

COPPER PRODUCTION CAPACITY IN CHILEAN SMELTERS

COMPANY SMELTER ANUAL COPPER PRODUCTION

MTPY COPPER

Codelco Chuquicamata 580,000

Noranda Altonorte 290,000

ENAMI Paipote 100,000

Codelco Potrerillos 200,000

MSA Chagres 185,000

Codelco Ventanas 110,000

Codelco Caletones 365,000

TOTAL 1,830,000

CONCENTRATE QUALITYFEED ANALYSIS

Codelco Noranda ENAMI Codelco MSA Codelco Codelco

CONCENTRATEChuquicamata Altonorte Paipote Potrerillos Chagres Ventanas Caletones

tspa1,650,000 800.000 330,000 680,000 610,000 420,000 1,600,000

%Cu33.0 36.6 28-30 30.8 31 30.7 30.8

% Fe20 15.0 28-30 23.0 22.4 25.3 26.5

% S32.9 28.2 32-35 31.2 31 32.4 31.8

% As0.83 - 0.06 0.31 0,08 - 0.19

% SiO26.2 - 1.8-2.5 7.7 6.58 6.9 5.5

% Sb- - - 0.04 0.005 - 0.23

% Pb0.18 - - 0.01 0.007 - 0.045

% Zn1.28 - - 0.22 0.03 - 0.22

% Bi0.08 - - 0.01 - - -

% Mo0.19 - - 0.17 0.09 - 0.15

% Ni0.01 - - 0.01 - - 0.004

Au g/t0.5 - - 1.5 - - -

Ag g/t110 - - 75 - - -

% H20 Wet Con- 8.42 7.5-9.0 8.0 10 8.6 8.5

% H20 Dry Con0.2 - - 0.2 - - 0.2

Mesh Size80%

< 150 Mesh

- 80%

< 270 Mesh

80%

< 80 Mesh

76%

< 325 Mesh

70%

< 200Mesh

70%

< 325 Mesh

SMELTER / DIVISION FINAL PRODUCT

COMPANY SMELTER SMELTER

PRODUCT TYPE

ANODE ANALYSIS

%Cu

DIVISION FINAL PRODUCT

Codelco Chuquicamata Anodes 99.60 Cathode

Noranda Altonorte Anodes 99.65 Anodes

ENAMI Paipote Anodes 99.57 Anodes

Codelco Potrerillos Anodes 99.47 Cathode

MSA Chagres Anodes 99.75 Anodes

Codelco Ventanas Anodes 99.61 Cathode

Codelco Caletones Anodes &

Fire Refined

Copper Ingots

99.70

< 99.92

Anodes &

Fire Refined

Copper Ingots

FLASH SMELTING FURNACE

CONCENTRATE BURNER

Off Gas

Air + Oxygen

Distribution Air Natural Gas

Matte to PS

REACTION SHAFT

UP TAKE

SETTLER

Slag To SCF

Dry Concentrate

SlagMatte

ALTONORTE SMELTERALTONORTE SMELTER

Wet ConcentrateCoal + Silica

NORANDA / TENIENTE REACTOR

White Metal

Slag Flotation Process

NR Slag

Water

Water

Water

Anodes to Sales

ACID PLANT

ACID PLANT

Enriched Air

PEIRCE-SMITH CONVERTERS

Blister Copper

ANODE FURNACES CASTING WHEELS

PSC Gas to

Acid Plant

NR Gas

PSC Gas

OXYGEN PLANT

ELECTROSTATIC PRECIPITATOR