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• Cristian Galleguillos Cortes

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UNIVERSIDAD DE ATACAMA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE METALURGIA

Pirometalurgia Circuitos en Serie Paralelo

Profesora: Rossana Sepúlveda Alumno: Cristian Galleguillos Ana Zepeda Asignatura: Modelación y Simulación De Procesos Metalúrgicos Fecha: 17 de Agosto de 2016 Índice

1.

Introducción Teórica...................................................................................... 3 1.1 Secado de Concentrados........................................................................... 4

2.

Desarrollo del Problema................................................................................ 9 2.1. Descripción del Problema:........................................................................9 2.2. Desarrollo del Problema..........................................................................10

3.

Resultados.................................................................................................. 11

4.

Conclusión.................................................................................................. 12

1. Introducción Teórica

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El objetivo del análisis de los procesos es el diseño de plantas más económicas y más eficientes y la evaluación y optimización de las plantas metalúrgicas existentes en la actualidad. Estos objetivos son muy difíciles de lograr en su totalidad. Es por ello que como ingenieros con experiencia en el manejo del proceso nos podemos ayudar con herramientas de modelamiento como lo es METSIM. La operación de secado representa una parte importante de los procesos pirometalúrgicos de cobre debido a que las nuevas tecnologías de fusión utilizan concentrados secos para la producción de ejes o matas de alto grado, metal blanco o cobre blíster. De esta forma, las operaciones de fusión son enérgicamente más eficientes, permitiendo altas capacidades de fusión y produciendo menores cantidades de gases de proceso. Las razones por las cuales es necesario secar un concentrado son las siguientes: • Reducir los costos de transporte. • Mejorar el carguío y la operación de los hornos de fusión/conversión de concentrados. • Mejorar el balance térmico de la operación siguiente de fusión/conversión.

1.1 Secado de Concentrados

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Consistente en evaporar el agua u otro líquido contenido en el concentrado húmedo proveniente de la planta de concentración de minerales. La humedad del concentrado es necesaria para el transporte desde la planta concentradora hasta la fundición, ya que de esta manera se evitan combustiones espontáneas del concentrado. Esta humedad oscila entre 8 y 10%. Sin embargo, una vez en la fundición, es necesario extraer la humedad del concentrado. De no ser así, el agua contenida en el concentrado se evapora de manera prácticamente instantánea al inyectarse en el reactor, generando explosiones que ponen en peligro la operación, además de hacer más ineficiente el proceso de fusión desde el punto de vista energético. Un secado total de un concentrado puede tener contenidos de agua tan bajos como 0,1 – 0,3% en peso de H2O. Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre sí por la metodología seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminación de agua de una solución mediante el proceso de ebullición en ausencia de aire; también puede ser por eliminación de agua mediante adsorción de un sólido, y por reducción del contenido de líquido en un sólido, hasta un valor determinado mediante evaporación en presencia de un gas. Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente según que sean por lotes o continuas. Estos términos pueden aplicarse específicamente desde el punto de vista de la sustancia que está secando.

Los secadores se clasifican según:         

Formas de secado: Transportador Tambor Flash Lecho Fluido Rotatorio Spray Bandeja Aspiración

El método de transmisión de calor a los sólidos húmedos:

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  

Secadores directos. Secadores indirectos. Secadores diversos.

Las características de manejo y las propiedades físicas del material mojado:    

Secadores discontinuos o por lote. Secadores continuos. Secadores para sólidos granulares o rígidos y pastas semisólidas. Secadores que pueden aceptar alimentaciones líquidas o suspensiones.

Secadores más usados:   

Rotatorio  Calor Directo  Calor Indirecto Tornillo sin fin Lecho Fluidizado

Secador Rotatorio Un secador rotatorio está formado por una carcasa cilíndrica giratoria horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida y sostenidas por dos anillos de rodadura que funcionan sobre mecanismos de rodillos. La alimentación húmeda se introduce por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro lado. Cuando gira la carcasa, unas placas elevan los sólidos y los esparcen en el interior de la misma. Se usan generalmente para producción de alto tonelaje por su capacidad de manejar productos de considerable variación en tamaño y composición.

Los Secadores Rotatorios son apropiados para el secado continuo de minerales en polvo en plantas de chancado, concentración y fundición. 5

Cada aplicación de secado es un caso particular y el dimensionamiento del secador se basa en la vasta experiencia en aplicaciones similares y en las pruebas de secado llevadas a cabo en el laboratorio.

Secadores Rotatorios Directos La transferencia de calor se logra por contacto directo entre los sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con el medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Se utilizan con materiales que no son sensibles al calor ni que son afectados por el contacto directo con gases de combustión. Los materiales pueden ser secados en paralelo o en contracorriente del gas caliente. La transferencia de calor se efectúa predominantemente por convección.

Secadores Rotatorios Indirectos

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El calor de desecación se transfiere al sólido húmedo a través de una pared de retención. El líquido vaporizado se separa independientemente del medio de calentamiento. La velocidad de desecación depende del contacto que se establezca entre el material mojado y las superficies calientes. Los secadores indirectos se llaman también secadores por conducción o de contacto.

Los secadores rotatorios se dividen en dos tipos, conforme a las direcciones de la corriente de material a ser secado y de los gases de secado. La elección entre un secador rotatorio de co-corriente o uno de contra-corriente se efectúa de conformidad con las propiedades del material a ser secado:  Grado de secado  Calor específico  Capacidad de evaporación de humedad  Inflamabilidad  Propiedades de sinterización Secador de Tornillo sin fin 7

Es un secador continuo de calentamiento indirecto, formado esencialmente por un transportador de tornillo sin fin horizontal (o un transportador de paleta) encerrado dentro de una carcasa cilíndrica encamisada. La alimentación que entra por un extremo se transporta lentamente a través de la zona caliente y se descarga por el otro extremo. El vapor generado se extrae a través de conducciones colocadas en la parte superior de la carcasa. Esta tiene de 8 a 65 cm. de diámetro hasta 7 m de largo; cuando se requiere más longitud se colocan varios transportadores, unos sobre otros formando una bancada.

Secador de Lecho Fluidizado El secado se lleva a cabo mientras el material está en suspensión en un ambiente fluidizado. La fluidización convierte un lecho de partículas sólidas en una masa suspendida y expandida que posee muchas de las propiedades de un líquido. Las velocidades ascendentes del gas varían entre 0,15 a 6 m/s.

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2. Desarrollo del Problema 2.1. Descripción del Problema: El sistema cuenta con los siguientes datos:

Corriente 1: Concentrado: Flujo 60 mt/hr (base húmeda) con 10 % de humedad y 20°C. Composición: 20 % SiO2 y 80 % CuFeS2

Corriente 2: Fundente: Flujo 10 mt/hr (base húmeda) con 10 % de humedad y 20°C. Composición: 99,7 % SiO2 y 0,3 % CuFeS2

Corriente 3: Gases caliente de un quemador a una temperatura de 370°C Composición: 74,5 % N2, 19,5 % O2, 3 % CO2 y 3% H2O

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2.2. Desarrollo del Problema Para ambos partes de los casos se utilizó el software METSIM, para el desarrollo de las problemáticas. A continuación se da un detalle de los pasos seguidos para dar respuesta a los respectivos circuitos. Parte 1: En primer lugar se trabajó con el primer circuito dando diseño a este a través del problema, quedando planteado de la siguiente forma (Imagen N°1)

Imagen N°1: Circuito de Extracción por Solvente Tren A y C, a través de Metsim

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3. Resultados Tabla N°3.1: Flujos obtenidos del circuito de extracción, Tren A y C.

FLUJOS PLS Agua de lavado Electrolito Pobre Electrolito Rico

Entrada Volume Cobre Acido n 2600.0 2.50 1.00 0 750.00 0.00 90.00 750.00 34.97 178.00 -

Salida Volume Cobre n 40.67

-

1.63

0.00

-

-

Orgánico Cargado

1502.6 4 -

169. 79 -

-

-

4.41

0.00

Refino 1

-

-

-

1.34

2.79

Refino2

-

-

-

0.43

4.19

Refino Total

-

-

-

1507.1 6 1300.7 7 1301.3 8 2602.1 5

0.88

3.49

Organico descargado

748.11

Acido

Nota: se muestra un resumen de los valores obtenidos, los valores completos de todos los flujos se adjuntan en un archivo Excel llamado reporte proceso SX

Tabla N°3.2: Flujos obtenidos del circuito de extracción, Tren B y D.

FLUJOS PLS Agua de lavado Electrolito Pobre Electrolito Rico Organico descargado Orgánico Cargado Refino 1 Refino2 Refino Total

Entrada Volum Cobre Acido en 2600.0 2.50 1.00 0 750.00 0.00 90.00 750.00 34.99 178.00 1502.6 2 -

Salida Volume Cobre n 748.17

40.53

Acido -

1.62

0.00

-

-

170.0 1 -

-

-

1507.01 1301.28 1300.88 2602.16

4.32 0.58 1.18 0.88

0.00 3.97 3.04 3.50

Nota: se muestra un resumen de los valores obtenidos, los valores completos de todos los flujos se adjuntan en un archivo Excel llamado reporte proceso SX

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4. Conclusión Dentro del proceso de extracción por solvente existen diversos parámetros que deben manejarse, es por este motivo que una de las diferencia que se planteo fue el circuito ocupado. Al desarrollar ambos análisis podemos concluir que no existió una gran diferencia en la extracción de cobre, ya que en el tren A y C el electrolito rico obtenido tenía una concentración de cobre de 40,67 en donde se ingresó un electrolito pobre de 34,97 gpl de cobre. En el caso del tren B y D el electrolito rico que se obtuvo fue de 40,53 gpl de cobre con respecto a un electrolito pobre de 34,99 gpl de cobre. Con respecto al concentración de ácido ambos trenes también tuvieron un consumo similar, ya que la concentración de entrada fue de 178 gpl para ambos y la concentración de salida fue de 169,79 gpl y 170,01 gpl para el tren A y C y tren B y D respectivamente. Por lo tanto el uso de circuitos distintos en esta ocasión no genero una gran relevancia en la eficiencia del proceso, ya que ambos obtuvieron concentraciones similares, las cuales están dentro del rango que se esperó obtener dentro de este proceso.

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