PIROMETALURGIA

INTRODUCCION

PIROMETAL AL ÚRGICOS Los PROCESOS PIROMET

son los métodos más antiguos y de aplicación más frecuentes de extracción y  purificación de de metales.

Tostación sulfatante: obtener la transformación química del sólido a la forma de sulfato. - A partir de sulfuro:

- A partir de un óxido:

LA TOSTACIÓN , que es el primer proceso, se emplea para cambiar los compuestos metálicos a formas de tratamiento más fácil por las operaciones que siguen, así como también para remover algunas impurezas volátiles en la corriente de gas.

MS + 3/2 O2 == MO + SO2 MO + SO2 == MS + 3/2 O2

INTRODUCCION

PIROMETAL AL ÚRGICOS Los PROCESOS PIROMET

son los métodos más antiguos y de aplicación más frecuentes de extracción y  purificación de de metales.

Tostación sulfatante: obtener la transformación química del sólido a la forma de sulfato. - A partir de sulfuro:

- A partir de un óxido:

LA TOSTACIÓN , que es el primer proceso, se emplea para cambiar los compuestos metálicos a formas de tratamiento más fácil por las operaciones que siguen, así como también para remover algunas impurezas volátiles en la corriente de gas.

MS + 3/2 O2 == MO + SO2 MO + SO2 == MS + 3/2 O2

INTRODUCCION TOSTACION La tostación de los sulfuros es un proceso (de reacción de gas - sólido) en el que se pone en contacto aire en grandes cantidades, a veces enriquecido con oxígeno, con los concentrados del mineral de sulfuro. Esto se hace a una temperatura elevada a la que se combine el oxígeno del aire con el azufre del sulfuro para formar SO2 gaseoso y con los metales para formar óxidos metálicos.  Al producto producto sólido de la tostación tostación se llama calcinado.

MÉTODOS DE TOSTACION TOSTACION

MÉTODOS DE FUSIÓN.

1.



Concen Concentrad trados os de de sulfu sulfuros ros de de cobre cobre-de -de hogar hogar,, de lecho fluido, de sinterización.

2.

3.

Concen Concentrad trados os

de

sulfur sulfuros os

Sulfuros

de

cobre

tostados-reverbero,

horno

eléctrico, horno de soplo.

de

níquel níquel-de -de



Sulfuros de cobre sin tostar- reverbero, reverbero

hogar, de lecho fluido, de sinterización.

con oxígeno, horno eléctrico, fusión instantánea,

Conc Concen entra trado dos s

fusión continúa.

sinterización.

de

sul sulfu furo ros s

de

plo plomo mo-

Sulfuros de plomos tostados-horno de cuba.



Sulfuros de plomo sin tostar-horno eléctrico.

INTRODUCCION REACCIÓN HETEROGÉNEA En la que la capa de óxido que se forma primero permanece como una capa porosa a través de la cual puede pasar el oxígeno hasta la porción interna del sulfuro que todavía no ha reaccionado, en el interior de la partícula, y combinarse con el azufre para formar gas SO2 y salir del tostador.

MS + 3/2 O2 == MO + SO2 MO + SO2 == MS + 3/2 O2

REACCIÓN EXOTÉRMICA Es la tostación oxidante de un concentrado de sulfuro; cede calor. Este calor de reacción ayuda a mantener al tostador a la temperatura de tostación requerida, con lo cual continua el proceso con el poco calor extra aportado por la combustión de un combustible. combustible.

INTRODUCCION

Concepto: La elección del proceso de tostación depende de la clase de proceso de fusión al que han de someterse los calcinados después de la tostación

1. TOSTADOR DE HOGAR MÚLTIPLE.

HORNOS DE TOSTACION

 3. TOSTADOR DE TIRO (SINTERIZACIÓN). -Tito ascendente - Tiro descendente

2. TOSTADOR DE LECHO FLUIDO.

INTRODUCCION 1. TOSTADOR DE HOGAR MÚLTIPLE. Horno de tostación instantánea

horno de pisos

2. TOSTADOR DE LECHO FLUIDO.

 3. TOSTADOR DE TIRO (SINTERIZACIÓN). -Tito ascendente - Tiro descendente

TOSTACION DE COBRE

La

tostación

concentrados

es

una

oxidación

parcial

de

los

de sulfuro de cobre con aire y la

eliminación parcial del sulfuro en forma de SO2.

L o s o b j e t iv o s d e l a t o s t a c ión s o n d o s :   1.

Utilizar el calor de la tostación para secar y calentar la carga antes de ser introducida al horno de fundición.

2.

Aumentar la concentración de cobre en el producto de fundición, es decir, en la mata líquida.

TOSTADORES TIPO HOGAR O DE LECHO FLUIDIFICADOS (500- 700°C)

PRODUCTO DE LA TOSTACIÓN mezcla de - sulfuros, sulfatos y óxidos

composición  variarse

Control: - Temperatura del proceso de tostación - Relación aire – concentrado

TOSTACION DE COBRE

PROCESOS DE OBTENCION DE COBRE forma de minerales sulfurados como: - Calcopirita (CuFeS2) - Bornita (Cu5FeS4) - Calcosina (Cu2S).

El contenido en cobre de estos minerales es bajo - Minas a cielo abierto 0.5% - Minas subterráneas 2%

El cobre se presenta en forma de minerales con oxígeno: - carbonatos, óxidos, silicatos y sulfatos, pero en menor concentración.

El proceso de extracción del cobre será diferente, así tenemos: - Extracción de cobre a partir de menas sulfuradas (pirometalurgia) - Extracción de cobre a partir de menas de óxido (hidrometalurgia)

HIDROMETALURGIA 

PIROMETALURGIA 

TOSTACION DE COBRE

EXTRACCIÓN DE COBRE A PARTIR DE MENAS SULFURADAS  90% del cobre proviene de los minerales de sulfuro La extracción tiene cuatro etapas: 1. Concentración por flotación 2. Tostación 3. Fusión de mata 4. Afino: - fase térmica: Cu horno especiale (oxida el Cu) - la fase electrolítica: obtencion del Cu electrolitico (pureza de 99.85%) 3. Fusión de mata

1.

Concentración por flotación

4. Afino

2. Tostación

PROCESOS DE TOSTACION DE COBRE

TOSTACION DE COBRE La

estabilidad

del

sulfuro

de

cobre

en

la

alimentación del tostador es algo mayor que la del sulfuro de hierro que contiene la carga, y la afinidad del oxígeno por el hierro es más bien mayor que por el cobre. volumen de oxígeno insuficiente para oxidar todos los compuestos que contienen azufre que lleva el material de alimentación, el oxígeno disponible tenderá a combinarse en forma preferente con el hierro antes de combinarse con el cobre que vaya en la carga En

consecuencia,

una

proporción

considerable

(alrededor de la mitad) del hierro se oxida y se separa como componente de la escoria de óxidos en la siguiente

operación

de

fusión,

mientras

que

prácticamente todo el cobre se queda en los calcinados todavía como sulfuro, Cu2S:

TOSTACION DE COBRE

TOSTACION DE LA CALCOPIRITA La obtención del cobre a partir de este mineral, industrialmente se puede llevar a cabo por dos procesos: - vía seca ( tostación y fusión) - vía húmeda El proceso de tostación de la calcopirita, consiste en calentarla a una temperatura elevada, pero por debajo de su entalpía o punto de fusión, para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su constitución física o química. Este proceso suele llevarse en hornos cilíndricos (de piso o de lecho fluidizado).

objetivos, eliminar el dióxido de azufre y oxidar el cobre y el hierro, como primer paso para la recuperación del cobre

INTRODUCCION 

INTRODUCCION  Peso del agua conc. Cu: 60-80% elimidado el agua antes de ser transportado o fundido, la mayor parte es eliminado en tanques de espesamiento por acentamiento

Los solidos que salen de los espesadores: 30-40% en peso de agua

Etapa Filtracion mecanica: 8 o 10% en peso de agua (A acusa de los filtros rotatorios)

Entonces el conc. Esta listo para ser transportado a una planta pirometalurgica

INTRODUCCION 

1. FUSION DE LAS MENAS OXIDADAS DE COBRE •

Hornos de cuba con C y CO para dar «Cu negro = 95%»

•

Ganaga se trata con fundentes

•

Obtención de Cu: contaminado con azufre, antimonio, arsénico y hierro

•

Reacciones:

2Cu2O + C

4Cu +CO2

Cu2O + CO

2Cu +CO2

CuCO3

CuO +CO2

CuO + CO

Cu +CO2

2. FUSION DE LOS CONCENTRADOS SULFURADOS PARA LA OBTENCION DE MATA  •

MATAS IMPORTANTES: Cu Cu-Ni Pb

•

PROCESOS DE OBTENCION:

 A. fundicion de los concentrados a mata. B. Oxidacion de la ta a metal u oxido

FUSION FUSION:

OBJETIVO

Operación que se obtiene en un horno adecuado varias fases fundidas: -  Metal. - Escoria. -  Mata o speiss



LA FUSION ES:  1. Fusión reductora : la fase metálica  puede ser un metal no reactivo.  2. Ultrareductorra: metal reactivo.  3. Neutra: compuesto.  4. Oxidante: otro compuesto con un  grado superior de oxidación

lograr el cambio de estado (solido –liquido) para que el Cu se separe de los otros elementos que componen el concentrado.

FUSION

FUSION DEL COBRE

Fundir las cargas cupriferas en adecuados hornos de fusion con el  fin de obtener una fase rica en cobre

Materia prima: Conc. De Cu y Fe

Pequeña cant.: - Silice, oxido de hierro , magnesia, calcio, alumina - Me. Presiosos y impuresas: plomo ,zinc, arsenico, antimonioo y bismuto

PROCESO FUSION DEL COBRE: Se basa: - Afinidad del Cu por el S - Debil afinidad por el oxigeno - en comparacion con el Fe Los conc. Secos junto ocn los fundentes y el aire son inyectados hacia una camara de combustion se mantiene la T° fusion por la combustion de S y la oxidacion instanatanea del Fe

PRODUCTO principal: mata de Cu.Fe.S con una ley de 30 -70% de Cu

FUSION

Producto principal de fundicion de mata CuS-Fe : 30 – 70% Cu Otros productos: - Escoria - Mata - SO2

REACCIONES EN LA FUSION PRIMARIAS

1. 2. 3.

Secado Descomposiciones piriticas Fusiones y disoluciones

SECUNDARIAS

1. 2. 3. 4.

Perdida de cobre Reduccion de la magnetita Oxidaciones otros

FUSION

TIPOS DE HORNO DE FUSION

1. Hornos de cuba

4. Hornos de fusion flash

2. Hornos de reverbero

 3. Hornos electricos

5. Hornos de fusion-conversion

FUSION

PROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBRE

FUSION

PROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBRE 1.

FUSION DE MATA DE COBRE EN LOS HORNOS DE CUBA

se carga: mena , combustible y fundente Su diseño:

• •

a.

combustible se quema en un pequeño espacio frente y encima de las toberas b. Proceso de fusion : reaccion entre la corriente acendente de gas y los solidos de la carga c. Diametro determinado por la penetracion de viento y la formacion de los polvos voladores Capasidad: 60 - 100 ton/m2/h Temperatura max: 1200°C encima de las toberas • •

TIPOS DE FUSION EN UN HORNO DE CUBA Según los procesos de : - Reductor - Piritico - Semipiritico

PRODUCTOS DE LA FUSION: mata y escoria La fusion es una operación de enriquesimiento piroletalurguico

FUSION

PROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBRE 2.- FUSION DE LA MATA DE COBRE EN HORNO DE REVERBERO

-

Es un horno de hogar

-

Carga solida : conc., calcinados y fundentes junto con escoria fundida polvos recirculados (prov. Convertidor).

-

T° carga : 1200 – 1250°C

-

El horno se calienta: flama de hulla pulverizada , aceite combustible o gas natural. Producir gases calientes que se difunden

El combustible y el aire son inyectados a taves de quemadores situados en los extremos de los hornos. la carga de conc. es calentado y fundido por la relfexion o reverberacion del calor generado en la camara de combustion

- PRODUCTOS : - Escoria fundida -  Mata fundida

FUSION

PROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBRE

 3.- FUSION DE LA MATA DE COBRE EN HORNOS ELECTRICOS DE ARCO -

El calor necesario para la fundicion se genera por la resistencia de la escoria al paso de una corriente de alto amperaje entre los densos electrodos de carbon sumergidos en la escoria.

-

Uso eficiente de la energia electrica

-

ENERGIA REQUERIA: 400 – 800KWH/TON DE CONC.

VENTAJAS: - Buen aprovechamiento del calor - Baja temperatura de los gases (menor a 700°c) - Buena aislacion termica

- MATA : - Cu2 S - FeS - Fe3O4

FUSION

PROCESOS CONVENCIONALES DE LA FUSION DEL COBRE

 3.- FUSION DE LA MATA DE COBRE EN HORNOS DE SUSPENSION (FLASH SMELTING) -

Uso del propio concentrado como combustible empleando un diseño espécial de quemadores

-

La fusion instanea utiliza gran parte de esta energia de combustion de los sulfuros:

 A. Oxidando parte de la carga de los sulfuros B. Utilizando el calor para la fusion de la mata y la escoria

HORNOS DE FUNDICION INSTANTANEA - Utiliza gran parte de la energia de

combustion de los sulfuros : a) Oxidando parte de la carga de sulfuro b) Utilizando el calor asi liberado para la fusion de la mata y escoria

TIPOS : a) Proceso Outokumpu: - usa aire precalentado como oxidante - Capacidad 500ton - %humedad 0.1. – 0.2% - Se alimenta con aire precalentado a 500°C b) Proceso INCO: usa oxigeno En ambos procesos los conc. Finos y secos se inyectan al interior del horno tipo hogar (quema con aire y O2)

Horno De Fusion Instantaneo INCO

FUSION

DESCOMPOCICON DEL SULFURO DE COBRE EN LOS HORNOS DE FUNDICION Los concentrados sulfurados de cobre son básicamente combinaciones, en proporciones variables, de sulfuros de hierro  y cobre mezclados con ganga silícea ácido o básica. Las reacciones que tienen lugar en el Horno de Fusión (HF) transcurren entre estos constituyentes del concentrado y los fundentes, y corresponden principalmente a la reducción de los óxidos de cobre por el sulfuro cuproso y a la sulfuración de los óxidos de cobre por el sulfuro ferroso.

FUSION

CONVERSION

CONVERSION

1. Fase gaseosa 2. La mata  3. El metal blanco 4. El cobre blister 5. La escoria 6. Las soluciones solidad

SOLUCIONES PRESENTES

CONVERSION

PRODUCTO FINAL Cobre blister : 0.02 y 0.1 % de S

CONFORMACION DEL COBRE BLISTER: - la mayor parte de Ni y los metales preciosos COMPLETAMENTE OXIDADOS: - Fe Y Zn en la escoria - Sb, As, Bi, Cd Y Pb se vaporizan

ESCORIA DEL CONVERTIDOR: -2 – 120 % Cu

TOSTACION DE ZINC  El descubrimiento de la flotación puso en disposición de tratamiento cantidades importantes de blenda y hoy se puede decir que casi la totalidad de la producción mundial de zinc se obtiene a partir de sulfuros concentrados por flotación. Obtención: óxido por tostación del sulfuro

reducción por vía térmica : horno de cuba

ser sinterizado facilitándose así las reacciones en el horno.

TOSTACION DE ZINC

EL PROCESO DE TOSTACIÓN  la blenda tiene que oxidarse y convertirse, progresivamente, en óxido a medida que el oxígeno penetra en las partículas sólidas y se evacua hacia su superficie el SO2.

La tostación : > 700ºC, en aire y con continua agitación. El exceso de aire hay que controlarlo con el fin de que no baje del 4,5% el contenido de SO2 en los gases del horno; esto para el control del proceso y para los requerimientos de la planta de ácido sulfúrico

reacción básica

conversión total del sulfuro en óxido a la mayor temperatura de 900ºC