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METALURGIA

REFINACIÓN DEL COBRE EN ILO

IV SEMESTRE

INSTITUTO SUPERIOR DE EDUCACION PÚBLICO HONORIO DELGADO ESPINOZA

INFORME DE REFINACIÓN DE COBRE EN ILO

CARRERA TECNICA

: METALURGIA

DOCENTE

: ING. HENRY CHOQUE SANZ

PRESENTADO POR

: DANIEL DARIO QUICAÑA APAZA

FECHA

: AREQUIPA 17 DE OCTUBRE 2017 AREQUIPA – PERU

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REFINERIA DE ILO SPCC Descripción Genérica de los principales activos 

Planta de beneficio “Fundición Ilo”, con capacidad de fusión de 1 120 000 toneladas de concentrado, cuenta con 2 Hornos reverberos, 1 Convertidor Modificado “El Teniente”, 2 Convertidores tipo Pierce –Smith y 2 Sistemas de Moldeo.



Planta Beneficio “Refinería de Ilo”:  Planta de Ánodos con 2 Hornos Basculantes tipo Marz de 400 TM de capacidad cada uno, 1rueda de moldeo de 70 TM/Hr de capacidad.  Planta Electrolítica de 280 000 toneladas de capacidad de producción de Cátodos 926 celdas comerciales y 52 celdas de lámina de arranque.  Planta de Metales Preciosos con 1 Reactor de Selenio Wenmec, 2 Hornos Coplea y 22 celdas para la refinación de la Plata y 1 sala de recuperación de oro por proceso hidrometalurgico.



Planta de acido sulfúrico con capacidad de producción de 300 000 toneladas al año (Promedio 1 000 x día)



Planta de Oxigeno con capacidad de producción de 100 000 toneladas al año (Promedio 272 x día).



Planta de Beneficio “Coquina” con capacidad de producción de 200 000 toneladas de conchuela al año.



Planta de Cal con capacidad de producción de 80 000 toneladas al año, 1 sistema de extracción de polvos, 1 motor industrial de 16 v 4 000 con DDEC.

Breve reseña Ilo Nuestro complejo de Ilo (fundición y refinería) se ubica al sur del Perú a 17 kilómetros al norte de la ciudad de Ilo, a 121 kilómetros de Toquepala, a 147 kilómetros de Cuajone, y a 1,240 kilómetros de la ciudad de Lima.

Fundición DLeinadDL

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Nuestra fundición de Ilo proporciona cobre ampolloso a la refinería que operamos como parte de las mismas instalaciones. El cobre ampolloso producido por la fundición excede la capacidad de la refinería y el exceso se vende a otras refinerías en el mundo. La capacidad instalada nominal de la fundición es de 1 180 000 toneladas al año. Estamos en el proceso de modernizar la fundición de Ilo para cumplir con los requisitos del gobierno peruano. El proyecto forma parte de nuestro Programa de Adecuación y Manejo Ambiental, o PAMA, aprobado por el gobierno peruano en 1997. El proyecto modernizará la fundición y tiene como objetivo captar no menos del 92% de las emisiones de dióxido de azufre, para cumplir con los requisitos del PAMA.

Operaciones Durante 2002, 2003 y 2004, se produjo 316 493 314 920 y 320 722 toneladas, de cobre ampolloso respectivamente, con grados promedio de 99,27 % 99,31 % y 99,37 % respectivamente. La recuperación de cobre fue de 97,10 % para 2002, 96,80 % para 2003 y 97,23 % para 2004.

Refinería La refinería consiste de una planta de ánodos, una planta electrolítica, una planta de metales preciosos y una serie de instalaciones auxiliares. La refinería está produciendo cátodos de cobre de grado A con 99,99 % de pureza. Se recupera los cienos anódicos del proceso de refinado y se los envía a la planta de metales preciosos para producir plata, oro y selenio. Durante 2002, 2003 y 2004 se produjo 281 669 284 006 y 280 679 toneladas de cátodos de cobre, respectivamente, con un grado promedio de 99,998 % para los tres años. La planta de metales preciosos produjo 113 857 kilogramos de plata refinada y 315 kilogramos de oro en 2002, 111 951 kilogramos de plata refinada y 265 kilogramos de oro en 2003, y 118 906 kilogramos de plata refinada y 174 kilogramos de oro en 2004. La producción de selenio fue de 49,7 toneladas, 47,8 toneladas y 51,9 toneladas en 2002, 2003 y 2004, respectivamente.

Concentrado de Cobre Fundido: En la fundición de Ilo 2004: 1 213 000 Miles de TMS de Conc. de Cobre.

Cobre Anódico y Cobre Blister El cobre anódico y cobre blister son productos finales de las fundiciones, aún con contenidos de plata y oro, que se constituyen como la materia prima para la producción de cátodos en las refinerías electrolíticas de la empresa. DLeinadDL

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Dimensiones y Características: Blister Ilo: Plancha en forma de T de aproximadamente 980 kg, con 3’ 7½” de ancho y 3” de alto en su parte frontal; 3’ de ancho y 2’a 4¾” de alto en su parte trasera; y grosor de 7½”. Blister de S.L.P: Plancha en forma de panqué de aproximadamente 1,100 kg., con 80 cm de ancho, 30 cm de alto y 80 cm de largo.

Producción de Ánodos y Blister 2004 (Miles de TMS): Fundición de Ilo: 321

Ensayes Típicos (principales elementos) : Ilo-Blister Cu: 99.1 – 99.4 % Ag: 280- 350 g/t Au: 1,5 – 2,0 g/t

Cátodos de Cobre Refinado El cobre refinado en forma de cátodos, es producido a partir de ánodos o blister bajo una denominación de cátodo electrolítico, o bien, a partir de la lixiviación de sulfuros de baja ley en las plantas LESDE bajo una denominación de cátodo electrowón, y se utiliza para la fabricación de alambrón para la fabricación de cables y conductores, así como diversos usos industriales, destacando las plantas denominadas como “Brass Mill” para la fabricación de tuberías y perfiles.

Dimensión y Características: Cátodo Electrolítico: Plancha en forma cuadrada de aprox. 1.0/1.1 m x 1.0 m con un peso de 132-185 kg. aprox. por pieza, con un espesor de 3.0 – 3.5 cm..

Producción 2004 (Miles de TM): Refinería electrolítica de Ilo: 281

Proceso productivo de la Refinería de Ilo Introducción

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La refinería de Ilo brinda un servicio de refinación de cobre blister proporcionada por la empresa SPCC y así recuperar elementos valiosos de los lodos anódicos producto de este proceso. A continuación se realiza un enfoque general de todo el proceso productivo en general lo que nos dará un conocimiento de todo el proceso realizado en la refinería y así mismo ubicarnos para así entender con mayor profundidad el objetivo principal del presente trabajo.

Operaciones en planta de ánodos Dado que el Cu Blister tiene en su composición elementos impurificantes nocivos para las propiedades tanto mecánicas como eléctricas del cobre que hacen imposible su utilización directa del blister se hace impresendible eliminar impurezas, proceso que se realiza en la planta de ánodos. El Blister a pesar de tener forma de ánodo no puede ser refinado directamente principalmente por dos motivos, el primero por cuestiones de diseño de planta; dado que la refinería ha sido diseñada para tratar ánodos con características físicas y químicas determinadas y segundo que la cantidad de impurezas y elementos como el oxigeno y el azufre,se hallan en cantidades considerables y que ocasionarían una excesiva formación de sulfato de cobre lo que ocasionaría una pasividad anódica considerable y una desmedida formación de lodos flotantes que perjudicarían la producción e incrementarían considerablemente las perdidas de oro y plata por arrastre mecánico. El Blister recepcionado luego de ser pesado en la balanza principal existente es muestreado por la División de Control de calidad mediante el procedimiento conocido como intercambio de leyes para determinación de la humedad e impurezas cuyos márgenes permisibles son los siguientes: Cu Ag Au Pb Ni Bi Sb Se Te S As

98,7% 100 – 300 g/TM 0,3 – 0,6 g/TM 0,003 % 0,013 % 0,0005 % 0,005 % 0,009 % 0,001 % 0,030 % 0,008 %

El Blister luego de muestreado es descargado y almacenado.

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El Blister se funde en dos hornos basculantes, para producir la oxidación de las impurezas se insufla aire dentro del baño fundido, posteriormente la impurezas que han pasado a la escoria son eliminadas.Para asegurarse de una eliminación efectiva se sopla aire hasta que se tiene el contenido adecuado de elementos presentes luego se produce el moldeo. Las principales etapas de obtención de ánodos refinados son las siguientes:

1.- Carguío El carguío se realiza de acuerdo a un programa elaborado donde las disposiciones son las siguientes: 1 2 3 4 5 6

Porcentaje de ánodos gastados Cobre remanente de hornos Desechos de refinación Desechos de planta de ánodos Ánodos rechazados de comerciales Cobre Blister

13 % 3,5 % 0,6 % 0,9 % 0,8 % 80 %

De esta manera el horno queda listo para la siguiente etapa.

2.-Fusión Etapa en la cual la carga del horno pasa del estado solidó al liquido, lo que se logra cuando el horno alcanza una temperatura de 1200 a 1300 ºC para esta etapa se usa dos hornos basculantes del tipo Maerz de 400 TM de capacidad que usan combustible diesel Nº 2 con aire no calentado; el consumo de agua para los hornos es de aproximadamente 300 m3/h. Los rangos operativos en esta etapa son los siguientes: 1 2 3 4

Temperatura Presión del Horno Tipo de llama Tiempo empleado

850 a 1100 ºC 0,55 a 0,57 Kg./cm 2 Oxidante 4 hrs. aproximadamente

3.-Oxidación Consiste en insuflar aire al baño con la finalidad de oxidar impurezas, aprovechando la poca afinidad que existe entre el cobre y el oxigeno, en contraste con la afinidad de este con la impurezas.

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En esta etapa todos los elementos se encuentran oxidados, el Cu líquido permanece en estado de Cu2O y como tiene mayor densidad que los óxidos de las impurezas por ser mas livianas se van a la superficie donde es fácil escorificarlos. Finalmente esta etapa procede a tomar una muestra conocida como pre-colada con el fin redeterminar el grado de eliminación del S, H, Sr, Te, Ni, Fe, Zn y Bi en la escoria.

4.-Escarificación Consiste en la eliminación de la escoria formada, previa a esta etapa se reduce el calentamiento del horno; si al escoria es muy viscosa reduce la misma con Si la cual disuelve los óxidos de la escoria y la hace más fluida. Los datos operativos son los siguientes: 1 2 3 4

Temperatura Promedio Duración de la Etapa Tipo de Llama Exceso del Are

1150ºC 2 hrs. Oxidante 10%

5.-Reducción Consiste en la regulación de la cantidad de oxigeno existente en el baño; durante esta etapa se reduce la alimentación de calor, la llama es reductora y el coeficiente de exceso de aire es menor a 1. La reducción se realiza con una mezcla de petróleo y vapor de agua que se introduce al baño fundido mediante lanzas y para completar la reducción se usa palos de eucalipto con lo que reconsigue regular la cantidad de oxigeno entre un rango de 1400 a 1900 ppm. Los parámetros operacionales son los siguientes: 1 2 3 4

Temperatura del Horno Relación Aire-Petróleo Consumo de Petróleo Deficiencia de Aire

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1100 a 1150ºC 1:1 1660 litros -10% Paá gina 7

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Tiempo de operación

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2 hrs.

Al final del proceso se realiza un muestreo del Cu y de acuerdo a esto se determina el final de la operación.

6.-Desescorificación Las veces que se hace necesaria una reducción completamentaria con troncos de eucalipto se realiza esta operación, consiste en la evacuación de escoria con rastrillos metálicos por las puertas de escorificación. Luego de esta operación se procede a la adición de As 2O3 en polvo generalmente media hora antes del inicio de la colada esta operación dura 10 a15 minutos.

7.- Colada Se realiza cuando el contenido de O 2 entre 1200 a 1800 ppm; por medio de un sistema de transporte consistentemente en una cuchara de recibo y un canal que conduce Cu a la cuchara intermedia. El sistema de colada tiene 2 unidades paralelas de colada. Los principales parámetros operativos son:

1 2 3 4

Tiempo de Operación Temperatura del Horno Calidad de la Llama Exceso del Aire

6 hrs. 1050 ºC Reductora Negativo

8.-Moldeo Al finalizar el proceso de reducción y teniendo el Cu la composición química adecuada, se calienta el Cu hasta tener una temperatura adecuada para ser moldeado. Los ánodos son moldeados en moldes abiertos de Cu dispuestos sobre una rueda giratoria, la cual es llenada hasta formar el molde mientras por otro lugar se extrae el ánodo solidó. El molde cuanta con 26 moldes abiertos con una capacidad de 80 TM/hr, en donde se les enfría directamente por medio de unos rociadores de agua superior e DLeinadDL

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inferior. El aspecto más importante del moldeo es la exactitud del espesor, el cual debe ser lo mas uniforme posible. Luego de detectar los ánodos defectuosos, se procede al prensado de los ánodos buenos para ser enderezados .posteriormente son llevados al patio de almacenamiento para luego ser tratados en planta electrolítica.

Proceso en Planta Electrolítica El proceso productivo se iniciaron la producción de lamina de arranque en 4 secciones individuales que trabajan de manera independiente y con variables propias de operación; en estas secciones se obtiene una lamina delgada de 0.5 a 1 mm de espesor y un peso aproximado a 5kg, al cual se le coloca orejas se le prensa lo cual constituye los cátodos iniciales. Para el procesamiento de los ánodos se tiene 2 naves electrolíticas con 384 celdas en cada nave conectadas eléctricamente en serie a un rectificador de 21KA y 330 V. El ciclo electrolítico dura 14 días y el cambio de ánodos es de 23 días. La producción diaria es aproximadamente 1504 cátodos comerciales, los cuales son lavados, pesados y embalados para su comercialización

Carguío de Celdas Luego de los 28 días depuración de los ánodos estos son extraídos y lavados con agua caliente y llevados a Pta. de ánodos este material es conocido como SCRAP y representa el 16% del peso inicial del ánodo, la producción diaria de este material es almacenado, pesado y cargado en hornos. Del almacén de ánodos se trae ánodos nuevos y transportados a las celdas por grúas puente, por celda se emplean 46 ánodos junto con las 47 laminas de arranque constituyen los electrodos de celda. Luego de esta operación se llena la celda con electrolito quedando la celda lista para entrar a operación. Para lograr una buena disposición es necesaria una circulación continua y una regeneración constante de la solución para mantener concentración adecuada; para tener estas condiciones operativas se tiene un Nave central la que garantiza un adecuado flujo y constante renovación de los aditivos.

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Cortos Circuitos Un factor importante responsable de la disminución de la eficiencia de corriente con los cortos circuitos, los cuales aparecen con el crecimiento del cátodo debido al tiempo de deposición; para detectarlos se recurre a los amperímetros o a un sistema de radiación infrarroja que hacen mas fácil su ubicación y eliminación.

Control de Niveles Se realiza para evitar la corrosión excesiva de las orejas del ánodo o del debilitamiento de las orejas del cátodo pudiendo ocasionar caídas que ocasionarían daños. El control de niveles es el siguiente: NIVELES 1 2 3 4

mm. 20 10 20 30

DIAS 0-2 3-5 6 - 15 14

TIEMPO 2 días 3 días 8 días 1 día

Cosecha de Cátodos Para realizar esta operación previamente se drena celdas y se trasporta los cátodos cosechados hasta las tinas de lavado junto con la barras de contacto donde se lavan para evitar la formación posterior de sulfato de Cu. Posteriormente se elimina los nódulos y pasan a la cadena transportadora para ser pesados, enflejados y despachados.

Parámetros operativos de Planta Electrolítica ELECTROLYTIC CELLS Commercial cells Stripper cells Liberator cells Cell construction Lining material Inside size, L x W x D, mm Anodes/cathodes per cell Anode spacing, center to center, mm Interelectrode spacing, DLeinadDL

926 52 40 polymer concrete none 5350 x 1203 x 1380 52/53 100 Paá gina 10

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anode face to cathode face, mm crop 1 crop 2 A/mm2 of busbar area CELL INSPECTION Times/day Infrared camera, hand held or crane Infrared gun Cell voltage monitoring Gaussmeter Other ELECTRICAL Amperage per cell Cathode current density, amps/m2 Cell voltage, mV AC/DC converting equipment Converter capacity, kA and volts Cathode current efficiency, % kWh/tonne of cathode, AC Periodic reverse current? Section switches & type Time efficiency, % ELECTROLYTE Analysis, g/liter Cu Free H2SO4 As Sb Bi Ni Fe Cl Cell inlet temperature, oC Cell outlet temperature, oC Circulation, liters/min/cell Electrolyte filtered Circulating pumps Heating equipment Electrolyte purification method ADDITION AGENTS Glue g/tonne of cathode Thiourea " Avitone A " HCl, NaCl " DLeinadDL

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25 37 1,1 4 no no no yes voltmeter 29 380 277 290 12 pulse thyristor, Westinghouse 450V, 2 x 15 000A 98,20 279 no bridge switch 98% 39-41 168-180