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• Cesar Alvaro

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CONVERTIDOR TENIENTE Historia: El convertidor Teniente es una tecnología desarrollada en la fundición de Caletones de Codelco-Chile. Está clasificado como un proceso de fusión en el baño, con uso extensivo de oxígeno. Las potencialidades de esta tecnología están basadas en su alto nivel de fusión autógena de concentrados de cobre, una gran capacidad de conversión, y una alta y estable concentración de SO2 en los gases de salida con un bajo arrastre de material particulado. Las fundiciones que cuentan con esta tecnología han reducido sus consumos de energía y costos operacionales y también han mejorado su control del medio ambiente. Inicialmente en 1977, el proceso en el convertidor Teniente consistía en la simultanea conversión de ejes de cobre, mediante el soplado de aire enriquecido en oxígeno, y la fusión del concentrado usando el calor generado por las reacciones de conversión del eje. Este proceso produce un eje de alta ley o metal blanco (74 a 75 % en peso de Cu) y una escoria alta en cobre (6 a 8 % en peso). Características: El convertidor Teniente es básicamente un reactor cilíndrico, de 5 m de diámetro y 22 m de largo, revestido con ladrillos refractarios, con una boca para la salida de gases ubicada cerca de una de las culatas de la nave. Está equipado con un garr –gun para la alimentación del concentrado y el fundente ubicado en la culata opuesta a la boca, y con sangrías ubicadas a distintos niveles para la descarga del metal blanco y escoria, una en cada culata. Una operación típica incluye la alimentación de eje por la misma boca de salida de gases a intervalos regulares, la alimentación continua de carga “verde”, esto es, concentrado con 7 a 8 % de humedad y el fundente requerido (3 a 4% de H2O) por el garr – gun, y la conversión continua del eje cargado y cuando sea necesario también la conversión del eje formado por la fusión del concentrado alimentado. La carga verde alimentada sobre el baño primero es

calentada y posteriormente digerida bajo condiciones de agitación producto del soplado de aire a través de las toberas y finalmente fundidas. Tanto el metal blanco como la escoria son sangrados (descargados por orificios de sangría) a intervalos regulares sin interrumpir la operación de soplado y carguío de la alimentación. El metal blanco (74-76 % Cu) es procesado en unidades de conversión (Peirce-Smith u otros alternativos) para producir cobre blister. La escoria generada en el convertidor Teniente, normalmente contiene 6- 8 % de Cu, 25% de SiO2 y 18% de Fe3O4, por lo que debe ser tratada separadamente para recuperar el cobre. Ilustración: Convertidor Teniente

Fusión Sumergida de Concentrados en el Convertidor Teniente: Conceptualmente, el proceso en convertidor Teniente implica el uso del calor generado por la oxidación de la mata para fundir el concentrado húmedo (7 – 8% H2O). Bajo esta condición de operación convencional, una parte importante del calor generado por la conversión del eje se pierde, pues se usa en calentar y evaporar el agua contenida en le concentrado desde la temperatura ambiente hasta 1200ºC, la cual es la temperatura de los gases de salida por la boca del reactor. Esta consideración indujo el uso de concentrado seco en la alimentación. Alimentando concentrado seco, controlando la composición mineralógica del concentrado (o mezclas),

controlando el flujo de aire y su enriquecimiento de oxígeno, es posible operar de modo estable el convertidor teniente sin el requerimiento de eje proveniente de la unidad de fusión. Sin embargo, es necesario tener un sistema de alimentación de concentrado seco al reactor para evitar las pérdidas de polvo arrastrado por el reactor en los gases de salida. Por esta razón, se fabricó un sistema de transporte neumático con un diseño especial de toberas intercaladas entre las toberas de soplado de aire. El sistema de alimentación de concentrado consta de equipos de dosificación, bombas neumáticas, tuberías, un divisor y un diseño especial de inyección por toberas. Esto es, la aplicación de la fusión sumergida de concentrados. La alta capacidad específica de fusión alcanzada en el convertidor Teniente a través de esta tecnología, ha sido favorecido por el alcance de altas velocidades de reacción, las cuales se alcanzan debido a dos razones: 1.

Se alcanza una alta superficie de reacción al transportar el concentrado seco a la

fase líquida mediante el flujo de aire enriquecido. 2.

Al inyectar el concentrado seco y aire enriquecido por toberas forma un jet

(chorro) que genera un alto mezclamiento de éstos en el baño líquido. Es también importante mencionar el flujo constante de gases y composición de SO2 (21.3 a 23.4 % SO2) que se alcanza debido al uso intensivo de oxígeno y soplado continuo del reactor, lo que facilita el tratamiento del SO2 en la planta de ácido. Otro resultado atractivo es la baja cantidad de polvo arrastrado en los gases (< 1 % en peso del concentrado alimentado). Esto es una gran ventaja en relación a otros procesos que también usan concentrado seco. Hoy en día los convertidores Teniente están alcanzando una alta capacidad de fusión de concentrados sin el requerimiento de eje, convirtiéndose en la unidad de fusión primaria, esto

es, capaz de operar una fundición sin una unidad de fusión previa, tal como; hornos reverberos, hornos eléctricos, cubilotes, etc. Operaciones En El Convertidor Teniente. El convertidor teniente para funcionar requiere de diversos equipos auxiliares, divididos en: 

Sistema de Inyección de concentrado seco: Permite la alimentación continua de

concentrado al convertidor teniente. Este se compone de dos vasos presurizados que utiliza aire comprimido a alta presión (680 [kPa]) que cargan el concentrado, donde es transportado mediante toberas al convertidor. 

Sistema de Inyección de Aire: Dividido en una red de distribución de aire

(cañerías, válvulas y elementos de control), una red de distribución de oxígeno (cañerías, válvulas y elementos de control), sistema de distribución de aire enriquecido (armónica de distribución a toberas) y un conjunto de 36 toberas de inyección de aire (conexión a armónica, silenciador, caja de válvula y tobera). 

Sistema de Alimentación de sólidos (Garr-Gun): Es un conducto metálico

ubicado en la culata opuesta de la boca de salida de gases del Convertidor, sus elementos principales son un tolvín de recepción de carga, un tubo de inyección y una red de aire. Hay que indicar que el material es llevado al Garr-Gun mediante una correa transportadora. 

Sistema de Giro: Es un sistema motriz que gira el convertidor para mantención,

además posee un sistema de respaldo mediante baterías que gira el convertidor en caso de emergencia. 

Sistema de Extracción de Metal Blanco y Escoria: Consiste en una canaleta por

donde escurre el material fundido y tazas, las cuales mediante una grúa de carga suspendida son trasladados a la zona de sangrado y después llevados procesos posteriores. Además la zona

de sangrado a escoria posee una máquina taponeadora que inyecta greda a presión para sellar el sangrado. 

Sistema de punzado de Toberas: Se utiliza una máquina de punzado neumático

que mantiene las toberas destapadas para mantener el flujo de aire constante. 

Sistema Térmico: Consiste en dos quemadores sumergidos en el baño que se

encuentran en el espacio de una tobera Ilustración Esquema actual del Convertidor Teniente

Movimiento Del Baño Del Convertidor Teniente El movimiento del baño del CT está asociado a la transferencia de momentum entre la corriente gaseosa inyectada a través de las toberas hacia el baño de concentrado, metal blanco y escoria. En general, el momentum del chorro gaseoso inyectado se reparte en los siguientes puntos:  Imprime al baño un movimiento giratorio en la zona de reacción de toberas, provocando un gran vórtice horizontal, de eje paralelo al del reactor.

 El chorro gaseoso, al salir a la superficie libre, induce en ella movimientos oscilatorios que constituyen un oleaje tridimensional complejo.  Agita fuertemente la interface entre el gas y el líquido cerca de la salida de las toberas, creando una emulsión de burbuja y gotas y partículas de concentrado.  Arroja fuera del baño una mezcla de gases y gotas. La figura 2.6 muestra una conceptualización de los puntos anteriores Ilustración Movimiento del Baño Producto de la Inyección Gaseosa

El soplado continuo del baño fundido a través de las toberas, mediante la mezcla gaseosa formada por aire comprimido de baja presión y oxígeno industrial, permite la agitación del baño fundido y la oxidación parcial del sulfuro de hierro y del azufre contenido en la carga.

Principales Variables Operacionales Y Parámetros Del Convertidor Teniente: 

Enriquecimiento Aire Soplado: El enriquecimiento regula la capacidad de

procesamiento y eficiencia energética. A mayor enriquecimiento se tendrá una mayor capacidad de procesamiento y una mayor eficiencia energética. La cantidad de oxígeno es fuertemente controlada para obtener la cantidad deseada de Fe y S oxidados. Por ejemplo, al subir el enriquecimiento con oxígeno de 28 % a 32 %, la capacidad del Convertidor Teniente aumenta en 40 % y su eficiencia en 150. 

Ley del Eje: La ley del eje se ajusta con el flujo de oxígeno alimentado y la

entrada de concentrado. Disminuir la ley del Eje implica más tiempo de soplado en el proceso de conversión posterior. Cada punto menos en la ley de metal blanco, significa 20 minutos adicionales de soplado en los Convertidores Convencionales. 

Adición de Carga Fría: Por cada tonelada de carga fría agregada, se deja fundir

una tonelada de concentrado, aproximadamente. Sin embargo, la eficiencia energética disminuye en un1 %. 

Humedad del concentrado: A menor humedad del concentrado por toberas se

tendrá mayor eficiencia energética y capacidad de procesamiento. Por ejemplo, al disminuir la humedad promedio de 8 % a 4 %, la capacidad del convertidor aumenta en 20 % y su eficiencia en 125%. 

Temperatura de operación: El desgaste del refractario aumenta drásticamente

con la temperatura. La temperatura del eje y la escoria se ajusta con el quemado de combustible. Un incremento en la temperatura de operación de 5 °C, implica dejar de fundir a lo menos 500 toneladas de concentrado por mes. 

Tiempo de soplado: Determina capacidad de procesamiento, aumentar el

tiempo de soplado da como resultado un incremento en la capacidad de procesamiento del

Convertidor Teniente. Aumentar el tiempo de soplado de 92 % a 95 %, significa aumentar la capacidad de procesamiento del convertidor en a lo menos un 4 % Tabla Variables Operacionales del Convertidor Teniente

Ventajas:  Bajo consumo de combustible, pudiendo llegar a ser autógena por la combinación adecuada de enriquecimiento del aire y oxidación de la carga.  Alta capacidad unitaria de producción, cuatro veces superior a la de un horno de reverbero convencional.  Concentración alta y constante de anhídrido sulfuroso (S02) en los gases.  Ejes de alto grado (Ley en Cobre).

Desventajas  Aumento de costos en algunos centros productivos por la necesidad de secar el concentrado a niveles mucho más riguroso que los utilizados en los otros procesos de fusión, como también por la necesidad de incorporar una planta de oxigeno.  Comparado con el Horno Reverbero su única desventaja es que el proceso no se presta para la limpieza de escoria.  La reacción en cuestión desprende gases que son nocivos al medioambiente, como lo son: SO2, CO, CO2, As, etc. La forma de mitigación que implementó la división El Teniente de Codelco para mejorar la captura de gases fue la creación de dos plantas de limpiezas de estos mismos, si bien, la captura se ha visto incrementada, aún se encuentra lejos de la manipulación de sustancias nocivas.  Las dificultades que se producen en la operación debido: o Aquellas fallas relacionadas con el sistema de soplado de aire, debido a cortes de la energía eléctrica o cuando la presión de aire de soplado cae bajo los 12 psi manteniéndose de esta forma durante más de 10 segundos. En ambos casos el convertidor girara a posición de carguío (se saca al reactor de la posición de soplado), impidiendo que la presión del líquido tape las toberas con metal blanco. o Problemas asociados al sobrecalentamiento del manejo del sistema de gases, produciendo el giro del convertidor de forma de proteger la destrucción de los precipitadores electroestáticos. o Contenido de magnetita en la escoria el cual debe estar dentro del rango de 1620%. (por debajo del rango desgaste prematuro de de ladrillos refractarios, y por encima aumento dela viscosidad de escoria).

o Fenómeno de Espumación, que ocurre por el atrapamiento significativo de una cantidad de gas por parte de la escoria, aumentando su volumen y sangrando repentinamente. Esta situación se produce por efectos combinados de viscosidad, tensión superficial y violenta generación de gas.

REACTOR NORANDA Historia: El reactor Noranda es uno de los más importantes procesos continuos, usando una de las tecnologías más importantes en el mundo. El primer reactor fue diseñado en 1964, y ha requerido varias innovaciones técnicas durante su etapa de desarrollo. Entre 1967 y 1972 se desarrollo la tecnología a escala laboratorio en el centro de investigación de Noranda y a escala piloto en la fundición de Horne. En 1973 fue comisionado como proceso de fusión continua para reemplazar al horno reverbero, reduciendo costos y siendo capaz de reducir la emisión de SO2 y material particulado. El reactor de forma cilíndrica tiene 5.2 m de diámetro y 21.3 m de largo cuya temperatura interna alcanza los 1250ºC. Los concentrados de cobre, fundentes y carbón que se usa como combustible se alimentan mediante una correa ubicada en la parte superior. Además se inyecta aire enriquecido en oxígeno a través de 54 toberas sumergidas ubicadas en la parte inferior del cilindro. El flujo de soplado es relativamente alto (59000 a 76000 Nm3 /hora) produciéndose un excelente mezclado del eje líquido, este comportamiento es homogéneo en casi todo el largo del reactor. El efecto del alto soplado con una adecuada alimentación de concentrado por la correa superior permite la rápida digestión y oxidación de este dentro del baño. La mayoría del calor requerido se obtiene de la oxidación del hierro y azufre. El flujo de adición de carbón está determinado por la composición y flujo de alimentación y por el enriquecimiento de oxígeno de aire de soplado. Se ha alcanzado la operación por horas sin el

uso de carbón o gas natural. Sin embargo, el carbón se emplea para mejorar la capacidad del reactor fundiendo materiales con menor poder calorífico. Una zona de sedimentación de 8.9 m de largo entre la última tobera y la escoria al final del reactor permite la separación del eje y escoria. La escoria con un contenido de 5.5% en peso de Cu es descargada mediante una sangría ubicada en la culata opuesta a la alimentación en ollas de 33 m3 de capacidad y enviadas al área de enfriamiento por 29 horas. De aquí es fracturada y enviada a concentración donde se obtiene un concentrado de 38% de Cu y un relave de 0.35 % de Cu. El concentrado retorna al reactor y el relave se descarta. La ley del eje obtenido varía entre 55 a 75% de Cu cuando opera en modo “eje” (producción de sulfuros de cobre). El eje es descargado desde una sangría ubicada en la parte inferior del cilindro. Se descarga en ollas de 18 m3 de capacidad y se envía a los convertidores. Los gases de salida son colectados por una campana, y enfriados en una cámara con rociadores de agua y limpiados en precipitadores electrostáticos, que capturan la mayoría de los polvos arrastrados que son reciclados al reactor Ilustración Reactor Noranda

Proceso Noranda: Un pequeño quemador a gas natural se ubica en la culata de alimentación. A la carga, para suplir deficiencias de calor se le agrega un 1% de carbón respecto a la carga total alimentada. Con las altas tasa de alimentación y soplado con enriquecimiento de oxígeno el reactor requiere de una estrategia de control, con muestreo frecuente y periódico de la mata y mediciones de temperatura a través de toberas para limitar los cambios en composición de la mata y temperatura del baño. La tasa específica de fusión del reactor es de 11,7 t de carga seca/ m3de horno/día. La campaña del reactor es cerca de 300 días. El enriquecimiento típico por toberas es de 35 – 40 %. No hay toberas bajo la boca ni en la salida de escoria, proporcionando cerca de 10 m de longitud para la zona de separación mata/escoria. Ilustración Corte Esquemático Del Reactor Noranda, Piloto Industrial A Cobre Blister

Ilustración Corte Esquemático Del Reactor Noranda. Versión A Mata De Alta Ley

Características:  Inyectar continuamente concentrado seco por toberas ( 5 o 6 cm de diametro).  Alimentar continuamente concentrado húmedo, fundente, material retornado, chatarra y carbón.  Soplar continuamente aire enriquecido con oxigeno a través de toberas en la capa de mata fundida del horno.  Extraer continuamente gas efluente por una boca grande y una capucha en la cima del horno.  Sangrar intermitentemente mata y escoria.  Cargar intermitentemente escoria fundida reciclada del convertidor por la bloca del horno. Ventajas  Reduce el consumo de combustible  Genera flujo continuo de gases ricos en SO2  No requiere precalentar el aire para la combustión

Desventajas  Genera escoria con alto contenido de cobre (10-12%)  Alto consumo de energía para la producción de oxigeno  Desgaste de material refractario

PROCESO MITSUBISHI Historia: Es el primer proceso de producción continua de cobre Blíster, es un proceso a baño fundido que combina fusión, limpieza de escorias y conversión en una operación continua gracias a tres hornos interconectados. Este proceso fue el primer proceso de producción continua de cobre Blíster. Su primera operación comercial aparece en el año 1974 en la fundición de Naoshima, en Japón. Posteriormente, en 1981, la compañía Falconbridge Ltda. Instaló una nueva planta en Kidd Creek ubicada en Canadá que actualmente se encuentra fuera de operación. Sumadas a ellas se encuentran las fundiciones de Onsan, situada en Corea del Sur, la fundición de Gresik localizada en Indonesia y Port Kembla ubicada en Australia. Tabla Fundiciones que actualmente Operan con la tecnología Mitsubishi

Características: Los minerales sulfurados de cobre son tratados normalmente en dos etapas: la etapa de fabricación de eje y escoria, y la etapa de conversión, en la cual el hierro y el azufre son progresivamente oxidados para la producción de cobre blister. Las reacciones químicas en ambos procesos son de oxidación, existe una significativa diferencia del poder de oxidación empleado en cada una. Para asegurar una alta recuperación de cobre, la etapa de fusión es menos oxidante, mientras que para asegurar la remoción de todo el hierro y azufre la etapa de conversión es más oxidante. Esta distinción en el poder de oxidación de las reacciones hace que cada etapa se realice en hornos separados. El proceso Mitsubishi es un sistema continuo compuesto por tres hornos: un horno de fusión seguido de un horno de limpieza de escoria y finalmente un horno de conversión. El traspaso al horno de ánodos también es continuo y finalmente una etapa de moldeo de ánodos se usa para producir ánodos de cobre. El proceso Mitsubishi difiere de los métodos de fusión tradicional en que el eje de alta ley puede obtenerse rápidamente alcanzando un 65-70% en peso de cobre manteniendo un bajo nivel de pérdidas de cobre en la escoria de descarte. En la conversión se introduce un fundente de caliza. El fundente colecta la magnetita de modo más eficiente y se genera un bajo tonelaje de escoria de conversión, la cual es fácilmente enfriada y granulada con agua y reciclada al horno de fusión. Debido a que los tres hornos están fijos, un buen diseño de sus techos y aberturas de evacuación de productos pequeñas aseguran una captación completa de los gases de salida, eliminando así el costoso y difícil mantenimiento de los sistemas de campanas usadas en la mayoría de los hornos cilíndricos rotatorios.

Los materiales fundidos dejan el horno por flujo continuo o por sifón, y son transportados por gravedad al siguiente horno mediante canaletas, eliminando completamente las ollas, los gases fugitivos de las ollas, grúas, etc. Cada uno de los tres hornos que componen el sistema puede considerase como un reactor estacionario. El nivel del baño es constante lo cual simplifica el diseño del refractario y enfriamiento de los ladrillos. El control del proceso mantiene la ley de cobre en el eje estable y asegura una óptima condición de continuidad hasta obtener el cobre blister y su traspaso al horno de ánodos. El moldeo de los ánodos se lleva a cabo en una rueda o en una correa de moldeo gemela Hazelett. Esta última se prefiere para alcanzar velocidades de moldeo de 100 t/hora acorde con la naturaleza continua del proceso Mitsubishi. Ilustración Vista del Proceso Mitsubishi y Descripción de Cada Etapa

La figura describe esquemáticamente el Proceso Mitsubishi, ilustrando secuencialmente las etapas de fusión, limpieza de escoria y conversión y el traspaso continuo de cobre blister al horno de ánodos. Se usan tres canaletas que conectan los hornos: un horno de fusión circular (S), un horno de limpieza elíptico (CL), y un horno de conversión circular (C). La mezcla de eje y escoria formada en el horno de fusión fluye continuamente al horno de limpieza CL, donde el eje más

denso se separa de la escoria de descarte. A continuación el eje es sifoneado al horno de conversión C, para ser continuamente convertido a cobre blister y escoria de conversión: esta última es granulada mediante enfriamiento con agua, secada y reciclada al horno de fusión, mientras que el cobre blister es sifoneado continuamente desde el horno de Conversión al hornos de ánodos. Proceso Mitsubishi Este proceso consta de un horno de fusión (Horno S, Smelting), el cual es alimentado de concentrado seco, sílice y material de reciclo, en donde se oxida el hierro y el azufre mediante lanzas dispuestas verticalmente sobre el baño para producir una mata líquida con aproximadamente un 68% de cobre en equilibrio con una escoria fayalítica y una fase gaseosa compuesta principalmente de SO2 y polvos en suspensión. Ambas fases condensadas son sangradas y llevadas, mediante un sistema de canaletas, al horno de limpieza de escorias (Horno CL, Cleaning) que permite separar, en un ambiente reductor bajo la presencia de electrodos de grafito, la mata de una escoria que contiene del orden de 0.7 a 0.9% en peso de Cu. La mata fluye continuamente hacia el horno de conversión (Horno C, Converting), en el cual se inyecta aire enriquecido con oxígeno mediante lanzas verticales en conjunto con carbonato de calcio (CaCO3) y escoria granulada del mismo reactor como componente alcalino de formación de escoria y carga fría o material de enfriamiento, respectivamente. El cobre resultante es transportado de forma continua a través de sifón a hornos de retención a la espera de ser alimentado a los hornos de refinación. La escoria resultante del horno de conversión posee alrededor de un 14% en peso de Cu y es granallada para luego ser recirculada al horno de fusión o utilizada como carga fría durante la conversión. Los esquemas del proceso Mitsubishi se presentan en las Figuras 8 y 9.

Ilustración Esquema Proceso Mitsubishi

Ilustración Vista 3D del Proceso

Para asegurar una alta recuperación de cobre, la etapa de fusión es menos oxidante, mientras que para asegurar la remoción de todo el hierro y azufre la etapa de conversión es más oxidante. Esta distinción en el poderde oxidación de las reacciones hacen que cada etapa se realice en hornos separados. El proceso Mitsubishi es entonces un sistema continuo compuesto por tres hornos: un horno de fusión (S Furnace) seguido de un horno de limpiezade escoria (CL Furnace) y finalmente un horno de conversión (C Furnace). El traspaso al horno

de ánodos también es continuo y finalmente unaetapa de moldeo de ánodos se usa para producir ánodos de cobre.En la conversión se introduce un fundente de caliza. (escoriaferriticas) la de escoria de conversión, es enfriada y granulada con agua y reciclada al horno de fusión. Reacciones Químicas Del Proceso Mitsubishi Las reacciones en el horno de fundición Mitsubishi son químicamente (pero no fisicamente) similares a las de un horno de fundición instantánea Outokumpu, es decir que los concentrados son oxidados y fundidos para formar mata de alto grado. Existen, sin embargo dos diferencias significativas: 1. El horno de fundición Mitsubishi produce una mata de alto grado más alto (65% Cu) que la mayoría de los hornos de suspensión Outokumpu (55% Cu). 2. El horno de fundición Mitsubishi trata escorias de horno de conversión sólidas y recicladas (15% Cu) para fundirlas y lograr asentamiento parcial de cobre. Una característica más significativa del sistema Mitsubishi es que la mata y escoria se extraen juntas del horno de fundición. Se separan en un pequeño horno eléctrico de asentamiento el cual también se usa (con adiciones de coque, FeS, o FeS2) para que se asiente el cobre contenido en la escoria. Las reacciones en el horno de asentamiento Mitsubishi son similares a las de los hornos de asentamiento de escoria comunes. Las reacciones en el horno de conversión del sistema Mitsubishi son químicamente similares a aquellas de los hornos de fabricación de cobre de una sola etapa. La mata se oxida continuamente para producir cobre blíster y escoria (más magnetita) y continuamente se suministran sulfuros de hierro y cobre. En el caso Mitsubishi, la fuente de sulfuros nuevos es la mata líquida proveniente de los hornos de fundición y asentamiento y no de los concentrados recién cargados.

Una diferencia mayor entre las condiciones en el horno de conversión Mitsubishi y la de los reactores de una etapa es la composición de la escoria. La del horno de conversión Mitsubishi es básica (es decir, poco o nada de SiO2 se agrega) mientras que las escorias de los reactores de una sola etapa contienen 20 a 35% de SiO2. Las principales consecuencias de usar una escoria sin sílice (patente canadiense 954700, 1974) son: 1. El contenido de azufre en el cobre blister es bajo (0.1 a 0.9% de S) comparado con el del proceso de una etapa (1 a 2%). 2. Virtualmente, todo el producto de óxido de hierro es magnetita, pero la escoria es moderadamente fluida debido a las temperaturas de fusión relativamente bajas en el sistema CaO-Cu2O-Fe3O4 (figura 11.5). 3. La producción de escoria es pequeña (0.33 t por tonelada de cobre producido, unidad industrial tabla 11.5). A pesar de sus composiciones completamente diferentes, las concentraciones de cobre en las escorias del horno de conversión Mitsubishi (10 a15% de Cu) son bastante similares a las composiciones de las escorias del proceso de una etapa (8 a 12% de Cu en las zonas de reacción). El uso de una escoria básica en el horno Mitsubishi tiene dos principales ventajas: 1. El cobre blíster requiere relativamente poca refinación térmica debido a su contenido de azufre bajo (0.1 a 0.9% de S). 2. La recirculación de escoria al horno de fundición se mantiene a un mínimo por la pequeña producción de escoria. La escoria del horno de conversión Mitsubishi solidifica en forma granulada con chorros de agua y se recircula por medio de un sistema transportador de cangilones para recuperar el cobre. La práctica de cargar escoria sólida fría al horno de fundición representa un gasto

excesivo de energía y, por esta razón, es importante mantener a un mínimo la recirculación de escoria. Impurezas En El Cobre Blister Del Proceso Mitsubishi Se han publicado los niveles de Antimonio, Arsénico y Bismuto en el cobre blíster Mitsubishi ((EM) 1972) pero se han analizado en términos de las proporciones retenidas desde la alimentación original hasta el lugar de fundición. Existe la posibilidad de que la retención de As , Sb y Bi en el cobre del proceso Mitsubishi pueda ser alta debido al contacto continuo entre la mata y el metal dentro del horno de conversión . Por esta razón se debe poner especial cuidado con la electro refinación del cobre Mitsubishiy , como en el proceso Noranda, podría ser que el proceso Mitsubishi no fuera el apropiado para el tratamiento de concentrados impuros).

FLASH OUTOKUMPU Hoy en día, alrededor del 50% del cobre primario se funde utilizando la fusión Flash Outokumpu para fusión de ejes. Las razones de este alto porcentaje son la factibilidad y habilidad del proceso para controlar las emisiones gaseosas. En la conversión flash, se incluyen todos los beneficios de la fusión flash. La conversión es en principio similar al proceso de fusión y algo más avanzada, proveyendo tecnologías que son usadas en ambos procesos. En un horno Flash (FSF) el concentrado es fundido con aire enriquecido en oxígeno en que emplea la energía termoquímica del concentrado para producir un eje de alta ley. La pequeña cantidad de escoria formada en el convertidor flash es fundida simultáneamente con el concentrado en el horno flash para recuperar los materiales de valor contenidos en la escoria y producir una escoria con un bajo contenido de cobre. Por lo tanto no hay limpieza de escoria del convertidor flash en una unidad adicional. En muchos casos, el horno de fusión y de conversión flash son aptos para operar en forma autógena sin un alto enriquecimiento de oxígeno y solo usando combustible externo para la fusión. El alto enriquecimiento de oxígeno en ambos hornos significa que el volumen de gases de salida del horno es menor. Por lo tanto, los costos de inversión para limpieza de gases son menores y el grado de fijación del azufre es alto. El eje de alta ley es directamente granulado desde el horno flash no siendo necesario transportarlo en ollas. Tanto la formación de carga circulante como las emisiones en la atmósfera de trabajo son bajas. El eje granulado es almacenado antes de alimentarlo dentro del convertidor flash. La mayor diferencia entre fusión y conversión flash es que en vez de usar leyes de concentrado relativamente bajos, la oxidación procede en orden de convertir ejes de alta ley en cobre blister. Como el material que se alimenta al convertidor flash esta constituido solo por Cu, Fe y S, es más beneficioso adicionar fundentes formadores de escoria cálcicas (ferríticas)

que usar fundentes formadores de escorias hierro-sílice (fayalíticas). Esto disminuye la recirculación de cobre y mejora la eliminación de impurezas en la escoria. La misma energía termoquímica contenida en el eje, la cual se pierde en calentar el nitrógeno contenido en el aire de soplado en la conversión tradicional en Peirce-Smith, se utiliza en el convertidor flash. Las reacciones en la torre son principalmente exotérmicas. La temperatura del horno se controla mediante el grado de enriquecimiento de oxígeno mientras que el grado de oxidación se controla mediante la razón oxígeno/eje al igual que en el horno de fusión flash. Apenas entran en la torre de reacción las partículas de eje son rápidamente calentadas, igniciadas y las reacciones de oxidación proceden rápidamente. Además, es típico que en la torre de reacción exista algo de sub-oxidación y sobre-oxidación con la formación de cobre metálico. Las reacciones se completan en el sedimentador donde el cobre sobre-oxidado y cobre sulfídico reacciona produciendo cobre metálico y SO2 de acuerdo a la siguiente reacción: Cu2S + Cu2O = 6Cu + SO2 El cobre blister es descargado del convertidor flash directamente al horno de ánodos mediante canaletas. Previo a su entrada al horno de fusión flash, la escoria es granulada. Alternativamente, la escoria puede retornar al estado fundido dentro del sedimentador del horno de fusión flash. Los gases de salida son ricos en SO2 y fluyen continuamente a través de una caldera recuperadora de calor y sigue los pasos de limpieza para fijar el azufre en la planta de ácido. El control del convertidor flash está basado en dos criterios principales: el contenido de azufre en el blister que es controlado mediante la razón oxígeno / eje y un balance calórico, esto es, la temperatura dentro del horno, por el enriquecimiento de gas del proceso. La temperatura del blister y la escoria están alrededor de los 1240ºC y 1250ºC, respectivamente. El control de la operación es más fácil que en el horno de fusión porque la calidad del material es más estable debido a que solo se alimentan Cu, Fe y S con fundente en

vez de varias cantidades de materiales de ganga que tienen los concentrados. El contenido de azufre del blister se controla entre 0.2 a 0.4 % en peso, con un correspondiente 14 a 18 % en peso de Cu en la escoria con un 18% de CaO. Ilustración Convertidor Flash Outokumpu Con Su Sistema De Manejo De Gases, Caldera Recuperador De Calor Y Precipitador Electrostático

PROCESO CONTOP Es propiedad de la KHD Humboldt Wedag AG de Alemania y es el resultado de una combinación de la tecnología de fusión en un horno ciclón usando oxígeno con el proceso de soplado por el techo usado para el tratamiento secundario de las escorias producidas en la fusión y es similar al proceso LD en la conversión de aceros. En el proceso CONTOP (Continuous Top BlowingProcess ), el horno ciclón produce el metal blanco y una escoria alto contenido de FeO, el proceso de fusión es autógeno y usa el Fe y S de concentrado como combustible, usando oxígeno puro para el soplado en la etapa de conversión.

La masa fundida en el horno ciclón es descargada a una cámara de sedimentación, donde la escoria es soplada por el techo con un reductor para limpiarla, desde esta cámara la mata es continuamente descargada a un convertidor estacionario o reactor de refinación que está dividida en tres cámaras: de conversión, de oxidación y de reducción, obteniéndose como producto final un ánodo de cobre de 98.8% y poca cantidad de escoria. La temperatura alcanzada en el horno de ciclón es del orden de 2000oC, por lo que requiere refrigeración y esta temperatura permite mantener la viscosidad de la escoria en niveles bajos. En 1978 la KHD Humboldt instaló una planta piloto de 20 a 24 toneladas de concentrado por día y luego ofreció instalar plantas con capacidad de 25 000 TM por año de ánodos de cobre. Las ventajas de este proceso son: a)

La fusión de los concentrados es totalmente autógena, pues usa como combustible

el Fe y el S del concentrado b)

El uso del oxígeno permite emplear equipos de tratamiento de gases pequeños y

menos complejos c)

No hay formación de óxidos de nitrógeno que son tóxicos

d)

Se obtiene gases con alto contenido SO2

PROCESO KIVCET Desarrollado en Rusia, se basa esencialmente en el uso de un ciclón especialmente diseñado para fundir concentrados hasta matas, que se iniciaron a escala piloto , combinado el ciclón con hornos reverbero, para lo cual se colocó primero el ciclón en un extremo, sin ningún éxito y luego se le puso encima del reverbero a la vez que se introdujo el uso de

oxígeno puro en el ciclón en lugar de aire o aire enriquecido con oxígeno, esta innovación tecnológica mejoró la eficiencia de la combustión, redujo la cantidad de elementos desechables en los gases y aumentó la concentración de SO2recuperable. En un diseño más avanzado, la instalación de una pared divisoria y refrigerada con agua, entre la sección de fusión y sedimentación ha permitido separar el gas en esos compartimientos, haciendo posible el tratamiento de concentrados complejos que contienen metales

como Zn y Pb, que son recuperados además del cobre. Este diseño del horno

KIVCET permite tener condiciones altamente oxidantes en el ciclón, mientras se lleva acabo una reducción en la zona de sedimentación calentada por resistencias eléctricas. De esta manera se obtienen tres productos que se descargan independientemente: la mata de cobre de alta ley, hasta 50% de cobre, conteniendo metales valiosos como Ag, Au, Ni, que sigue su marcha normal en convertidores; el plomo crudo de calidad convencional que se trata por refinado térmico y la escoria que puede desecharse por contener metales no ferrosos en menor porcentaje que los valores mostrados por escorias producidas por procesos convencionales. Los gases producidos con elevado contenido de SO2, hasta un 85%, pasan por instalaciones de enfriamiento y separación de polvos finos antes de ingresar a la planta de ácido sulfúrico. Ilustración Esquela del Convertidor Kivcet

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