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Convertidor de Pierce – Smith

Alejandro Rodríguez Fernández

Introducción. La calcopirita es el principal mineral del que se extrae el cobre. También existen menas oxidadas de cobre, pero son menos abundantes. La calcopirita está formada por sulfuros de cobre y hierro (FeCuS 2). Pero el mineral contiene además trazas de otros compuestos, por lo que deberá realizarse una separación, separar la mena de la ganga. Para ello se realiza una trituración y molienda donde la separación ocurre por flotación. En este punto el contenido en cobre en la calcopirita molida es aproximadamente un 31%. El cobre se extrae de la calcopirita mediante un proceso pirometalúrgico que consta de dos etapas: -Se realiza un proceso de fusión en el que la calcopirita es sometida a unos 1200ºC para pasarla de sólido a líquido. La fusión se realiza en un horno de reverbero con el fin de obtener la mata de cobre. La mata de cobre consiste en una mezcla de sulfuros de de hierro y cobre. La reacción química puede expresarse así: FeCuS2  FeS + CU2S -Se introduce la mata de cobre en un Convertidor de Pierce – Smith.

El Convertidor de Pierce – Smith. El Convertidor de Pierce – Smith o CPS es el dispositivo para la extracción de cobre utilizado en el 95% de las fundiciones de cobre. Su función es oxidar la mata fundida para obtener un cobre, denominado cobre blister, de un 96 - 98% en pureza. El convertidor consiste en un reactor semicontinuo de burbujeo, cilíndrico, de aproximadamente 4.5 metros de diámetro por 11 metros de largo. El proceso es cerrado, es decir, la carga es la misma, tratada y llevada hasta el final del proceso sin recarga de material. De este modo mejoran las condiciones de trabajo y se reducen las emisiones ambientales. 1

La transformación de matas a cobre blister tiene lugar en dos etapas. En la primera etapa, algunas veces denominada soplado a escoria, se realiza la desulfuración del sulfuro ferroso con escorificación del hierro. Los sulfuros de hierro se oxidan gracias a un flujo de aire comprimido que entra por las toberas. El sulfuro se oxida produciendo dióxido de azufre en estado gaseoso. Para acomplejar el hierro y formar la escoria, se añaden algunos materiales fundentes, como sílice o cal. La escoria está compuesta por óxido de hierro y sílice (FeO.SiO2 llamada fayalita) y se separa de la mata por su menor densidad. Ambas fases, escoria y mata, son líquidas pues la temperatura en el interior está en el intervalo de 1175-1290 ºC. Esta temperatura se mantiene por la liberación de calor en la combustión del azufre con el oxígeno del aire que entra por las toberas. La reacción química que tiene lugar en esta fase es la siguiente: FeS + 3/2 O2  FeO + SO2 En función del tipo de equipo y de las condiciones de operación, la escoria puede llevar cantidades significativas de cobre por lo que será procesada en un horno de limpieza antes de ser descartada, o enviada a una planta de concentración por flotación, externa a la fundición. La segunda etapa se denomina: soplado a cobre. Se sigue inyectando oxígeno a través de las toberas. Los sulfuros de cobre reaccionan con el oxígeno para formar óxido de cobre. Llega un momento en el que el óxido cuproso reacciona con el sulfuro de cobre, obteniéndose el cobre blíster. Las reacciones que tienen lugar son las siguientes: En primera instancia, 2Cu2S + 3O2  2Cu2O + 2SO2 Llega un momento en el que reaccionan óxido y sulfuro de cobre, 2Cu2O + Cu2S  6Cu + SO2 Por lo tanto, la reacción total en esta etapa es: Cu2S + O2  2Cu + SO2 2

Al eliminar el azufre de la mata o metal blanco, las dos fases, líquidas e inmiscibles, se separan por gravedad. La fase metálica, la más pesada (cobre blíster) se deposita debajo, mientras la más ligera (escoria oxidada) en la parte alta porque su densidad es menor. Después de la conversión en el Convertidor de Pierce – Smith, el cobre blíster se sometería a otros procesos, procesos de afino, para obtener cobre con un gran nivel de pureza. El siguiente esquema muestra el proceso para la obtención del cobre.

Se denomina “Primary copper production route” al proceso de obtención a partir del mineral, mientras se denomina “Secondary copper production route” al proceso de obtención de cobre a partir de residuos (chatarras) que contengan este material.

Bibliografía:

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Wikipedia, versión española e inglesa.

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CARRILLO, F., HERNANDEZ, R., MARTINEZ, J. et al. Cinética del Soplado a Cobre en un Convertidor Peirce-Smith. Inf. tecnol. [online]. 2004, vol.15, no.5 [citado 05 Noviembre 2008], p.33-36. Disponible en la World Wide Web: . ISSN 0718-0764.

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http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/2560.pdf

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https://www.codelcoeduca.cl/proceso/fundicion/t-basica.html

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https://www.ucursos.cl/ingenieria/2004/1/SD30A/1/material_docente/objeto/30966

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