COMPACTADA PRINCIPALMENTE DE ÓXIDOS CAMPO DEL INVENTO

La presente invención corresponde a un producto aglomerado compuesto por una mezcla compactada principalmente de óxidos que actúan directamente sobre la escoria en procesos de fusión y conversión de concentrados de cobre u otros, que permite que el óxido de fierro Fe3Ü ₄ (magnetita) pueda ser soluble a temperaturas mayores a 1 150 grados Celsius ANTECEDENTES DEL INVENTO

En la cadena de producción de Cobre de alto valor agregado que termina en la producción de cátodos de cobre del 99,99 % de pureza en la Refinería electrolítica, son claves las etapas de Fusión de concentrados y Conversión de los ejes o metales blancos producidos en la fusión. Estas operaciones unitarias se realizan a través de una serie de hornos encadenados que permiten ir concentrando el cobre que viene desde la concentradora en forma de un polvo llamado“Concentrado de Cobre”, el que tiene alrededor de un 30% de cobre y finaliza en Hornos de Refinación con un cobre al 99,6% de pureza, los cuales son moldeados en forma de ánodos para obtener posteriormente en Refinería cátodos de Cobre de alta pureza 99,99 %.

La función principal de esta cadena de hornos es eliminar en forma secuencial el hierro y el azufre presente en los concentrados. Este proceso se inicia en los Hornos de Fusión en donde el concentrado de cobre es fundido mediante la adición de aire enriquecido en oxígeno a altas temperaturas (mayor a 1.200 °C) para lograr el cambio de estado desde sólido a líquido.

Todas las tecnologías que se utilizan en el mundo para la Fusión de Concentrados de Cobre están sustentadas en el mismo principio de Fusión, dentro de las cuales las principales son: Florno Flash, Convertidor Teniente, Convertidor Noranda, Flornos Isasmelt y Ausmelt, Proceso Mitsubishi y Los hornos Chinos BBR y CBR. Los cuales, se diferencian entre sí en la forma de insuflar el oxígeno, más o menos enriquecido con O ₂ , y además si este oxígeno se administra junto con los concentrados de cobre sobre o bajo el baño fundido.

La filosofía del proceso de purificación del cobre a través de súlfuros, es oxidar las fases condensadas mediante el uso intensivo de oxígeno la cual se incorpora mediante una mezcla de aire y oxígeno técnico, las cantidades y el enriquecimiento del aire dependen de la cantidad de concentrado a procesar y a la tecnología a utilizar. Al ingresar oxígeno al proceso, se producen a alta temperatura, primero las reacciones de descomposición de las especies mineralógicas de los sulfuros de cobre y hierro presentes en los concentrados. Como ejemplo presentamos la reacción de descomposición de la especie mineralógica calcopirita CuFeS ₂ la cual se indica a continuación:

CuFeS ₂ + ½ O ₂ ¾ ½ CU ₂ S + FeS + ½ SO ₂ CuS0 ₄ ¾ CuO + S02 + ½ O2

Para poder eliminar el hierro de la fase fundida la metalurgia clásica utiliza un fundente llamado Sílice (S1O2) para formar una escoria fluida a temperaturas mayores o iguales a 1200 °C, dependiendo principalmente de las concentraciones de sílice, FeO, Fe ₂ 0 ₃ y magnetita de las mismas, este tipo de escorias se muestra en el ternario de la figura 1. Y han sido utilizadas con éxito en tecnologías que no usaban el oxígeno en forma intensiva, como es el caso de Piornos Reverberos que producían un eje bajo en cobre del orden de 40% de cobre. La reacción clásica de formación de este tipo de escorias según ternario de la figura 1 es:

FeO + S1O2 ¾ 2FeO Si0 ₂

3FeO + 1/202 ¾ Fe ₃ 0 ₄

La evolución de las diferentes tecnologías, tanto de fusión y conversión a tecnologías autógenas y continuas, se realizó a través del uso intensivo de oxígeno llegando hasta niveles de enriquecimiento de oxígeno por sobre el 50% y un aumento significativo de las calidades de las matas o ejes alcanzando valores de 65% y 75 % de cobre respectivamente, lo anterior produjo un cambio significativo en la metalurgia de escorias para eliminar el hierro presente, debido al mayor potencial de oxígeno presente tanto en los procesos de fusión y conversión, lo anterior produjo un desequilibrio termodinámico en la producción de escorias favoreciendo la reacción de oxidación de Fe ⁺² a Fe ⁺³ de acuerdo a la siguiente ecuación: 3FeO + I/2O ₂ ¾ Fe ₃ 0 ₄

En desmedro de la reacción de formación de escorias.

2FeO +Si02 ¾ 2FeO S1O ₂ (Escoria fayalítica)

Etapa de fusión

En la etapa de fusión, el control de formación de escorias fayalíticas en los diferentes tecnologías existentes no ha sido tan complejo, debido a la estabilidad química y mineralógica de los concentrados producidos en los diferentes yacimientos, es decir, un buen control del proceso de formación de escorias fayalíticas se encuentran con mineralogías en los concentrados tales como Pirita FeS ₂ en el rango 25% a 30% y calcopiritas CuFeS ₂ en el rango 20% a 30%, lo que llevado a análisis químicos, los rangos de porcentaje de cobre, hierro y azufre deben estar entre 28% a 32%, 18% a 22% y 28% a 32% respectivamente. Pero en los últimos años al profundizar las faenas mineras los contenidos de cobre en las minas ha ido bajando sustancialmente y esto ha llevado a procesar concentrados con mineralogías extremas para el proceso de fusión con Piritas sobre el 35% y calcopiritas mayores a 30%. Esto se traduce a contenidos de cobre en los concentrados con menos de lo normal llegando en casos extremos a contenidos de cobre de 20%, Hierro sobre 25% y azufre mayores a 35%. Con este tipo de concentrados los procesos de formación de escorias se ven afectados radicalmente y el control de la oxidación del Fe ⁺² se hace más complejo, ya que, se ve favorecida la reacción:

En desmedro de la reacción de formación de escorias fayalíticas

2FeO + Si02 ¾ 2FeO S1O ₂ (Escoria fayalítica)

Por ejemplo en las tecnologías de fusión del tipo Flash el control de la magnetita debe estar en el rango 12% a 15%, mientras que las tecnologías del tipo Bottom Blowing, tales como Convertidor Teniente y Reactor Noranda, el control de magnetita debe estar en el rango de 18% a 20%. Al suceder lo anterior y, con la mala calidad de los concentrados y la alta variabilidad en los análisis químicos y mineralógicos, hacen que afloren problemas de continuidad operacional y perdidas de eficiencia metalúrgica producto de un aumento radical en los contenidos de magnetita que lleva a dificultades en extraer la fase escoria y aumentos significativos en los contenidos de cobre en las mismas, llevando a aumentar los esfuerzos por recuperar estos contenidos de cobres en los equipos aguas abajo como lo son los hornos eléctricos, hornos basculantes de limpieza de escorias y plantas de flotación de escorias. Pero finalmente existe un porcentaje que es irrecuperable por eficiencias metalúrgicas de diseño de las diferentes tecnologías que hacen que afecte en la recuperación de cobre de las diferentes fundiciones.

Etapa de Conversión

La etapa de conversión en las últimas décadas ha sufrido un cambio radical en la calidad de las matas o ejes procesados, las reacciones de formación de escorias que gobiernan este proceso son las siguientes.

(2) 3FeO +1/20 ₂ ¾ Fe ₃ Ü ₄

(3) 2FeO + Si0 ₂ ¾ 2Fe0 Si0 ₂

(4) Cu2S + 3/20 ₂ ¾ Cu ₂ 0 +S0 ₂

Actualmente las tecnologías que mas se usan en las diferentes fundiciones son los Convertidores Peirce Smith y las tecnologías continuas como el Flash Converter, CBR y en menor medida los reactores Floboken. El cambio radical se refiere a que al pasar de los hornos reverberos a tecnologías continuas autógenas, las leyes de cobre de las matas aumentaron radicalmente desde un rango de 40-45% de cobre al rango de 60% a 75% de cobre. Esto llevó a cambiar la metalurgia de la formación de escorias debido a que para rangos mayores a 65% en cobre, la reacción que se vio favorecida es la oxidación de Fe ⁺² a Fe ⁺³ , formando en su totalidad magnetita, y además la formación de la escoria del tipo fayalita 2FeO Si02 ya no es efectiva. Lo que trajo un gran problema a las operaciones que trabajan con matas mayores a 65% Cu, debido a que la viscosidad de la escoria aumenta a medida que aumenta la ley de cobre de la mata y su retiro desde el horno respectivo de conversión se complejiza por su baja fluibilidad.

Para solucionar este problema las diferentes operaciones han optado por trabajar a mayores temperaturas, mayores a 1250 °C, y sobre oxidar el cobre produciendo un óxido de cobre Cu ₂ 0 en la etapa de final del proceso para ayudar a licuar o diluir la escoria viscosa, también llamada mazamorra. Estas maneras de solucionar el problema no es la más recomendada para las fundiciones, porque al realizar estas prácticas, afectan considerablemente las campañas de los hornos producto de un deterioro acelerado de la mampostería refractaria del horno, por lo que deben ser reparados más frecuentemente aumentando los costos de mantención. Además al producir óxido de cobre, las pérdidas de cobre aumentan afectando negativamente el rendimiento y recuperación de la Fundición. Otro efecto no menor es la gran generación de carga fría de las fundiciones producto de las acreciones que se forman principalmente en las bocas de los equipos y fondos de ollas, que en total llegan a un promedio de la industria de alrededor de 8% respecto de la fusión total de complejo fundición.

Cabe hacer notar que en la industria de la pirometalurgia del cobre desde sus inicios se ha aplicado la adición de un reductor de magnetita, como lo son principalmente el carbón coke o bituminoso. Algunas fundiciones, principalmente en la tecnología horno Flash, han usado arrabio o aluminio como reductor de magnetita precipitada en el piso del horno, pero cabe hacer notar que en la literatura y en un benchmark de diferentes fundiciones, el arrabio y aluminio por su carácter muy agresivo solo se usa ocasionalmente para el control de acreciones que ya han sido formadas y en donde su eliminación se ha complicado por los métodos convencionales

Un análisis y búsqueda bibliográficas de diferentes publicaciones en revistas y principalmente en los encuentros de Copper realizados en los últimos periodos ratifican lo expresado en este documento, como ejemplo tenemos las siguientes publicaciones que fue publicada en el Copper 2013.

“Copper dissolution en the FeO _x Si0 ₂ base slag of the Flash smelting furnace and the Teniente Converter at the Chuquicamata Smelter” J. Font and K. Itagaki, en este paper se estudia que dado un cierto grado de la fase metal en ambos hornos estudiados, la solubilidad del cobre en la escoria es independiente de la presión parcial de pso _2, y que esta depende principalmente del potencial de oxígeno y del porcentaje de cobre del metal blanco o eje. Las formas metálicas de contenidos de cobre en ambas escorias dependen indirectamente del potencial de oxígeno como efecto de la composición química de la escoria, las cuales influyen en las viscosidades de las mismas, por lo tanto, en el sistema de escorias FeO _x Si0 ₂ saturadas con sílice lo cual es la base de ambas escorias tanto del horno Flash y el Convertidor Teniente, el contenido de magnetita mas bajo que presenta el Florno Flash respecto a Convertidor Teniente afecta directamente al contenido de cobre total. Por lo tanto, queda demostrado que los contenidos de magnetita afectan directamente a la fluidez en las escorias y por ende al contenido de cobre total de las mismas.

Otro de una gran cantidad de paper ^' s escritos al respecto en la industria del cobre es el siguiente documento:

“Recent operation and improvement at the Sumitomo Toyo Peirce Smith Converters” K Mori, K Nagai, K Morita, and O Nakano Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Presentado en el International Peirce Smith Converting Centennial, del año 2009 y editado por TMS (The Minerals, Metals and Society)

En este paper se muestra la evolución que ha tenido en el tiempo la operación de convertidores Peirce Smith en la Fundición y Refinería de Toyo Smelter en Sumitomo, y esta publicación hace especial énfasis en la formación de escorias en el proceso, donde dan a conocer el problema de la oxidación de Fe ⁺² a Fe ⁺³ lo cual lleva a formar magnetita por sobre los valores normales y provoca una alta viscosidad de las mismas produciendo grandes problemas operacionales. Además, explican que para minimizar estos efectos, utilizan el ternario Fe0-Fe ₂ 0 ₃ -Si0 ₂ incrementando los contenidos de Si0 ₂ en el rango de 20% a 22%, en estos rangos la actividad del compuesto FeO puede disminuir y lleva a controlar de una forma más eficiente la cantidad de escoria viscosa al interior de convertidor al finalizar el ciclo, aunque no eliminan el problema por completo.

En paralelo con la búsqueda bibliográfica y entrevistas con todos los expertos de todas las fundiciones nacionales tales como Caletones, Ventanas, Potrerillos, Alto Norte, Chuquicamata, Chagres y Paipote, todas presentan el mismo problema de formación de escorias altamente viscosas en la operación de los hornos de fusión y de conversión del tipo Peirce Smith. Para el caso de los hornos de fusión, el control de la actividad de magnetita en la escoria es un problema no solucionado en cada una de estas fundiciones, y al no existir en el mercado una solución radical, se ha optado por convivir con esta variabilidad con los costos que ello implica. En el segundo caso del proceso de Conversión Peirce Smith el problema es más dramático y la mejor forma adoptada es no formar escorias fayalíticas, en donde al final de la etapa de soplado deben sobre oxidar más o menos el cobre para disminuir la viscosidad de las escorias, ya que es ampliamente conocido que el óxido de cobre actúa como un diluyente de estas escorias, pero ocasionando grandes pérdidas de eficiencia en el complejo fundición debido a que la recuperación de este cobre oxidado en los procesos aguas abajo (molienda y flotación de escoria), es de baja eficiencia impactando negativamente en el negocio fundición

Como conclusión del estado del arte se puede decir que el problema no esta solucionado y que las diferentes soluciones existentes no resuelven completamente el problema, además el uso de reductores como el carbón, gas natural, arrabio o aluminio no son una solución completa debido a que los altos potenciales de oxígeno hacen que el Fe ⁺³ se reduzca, pero si no tiene un fundente efectivo que lo acompleje y forme una escoria líquida, este de forma instantánea volverá a oxidarse y formar la magnetita. Pero en este caso el problema se verá agravado en la operación ya que la escoria, además, incorporará a su matriz AI ₂ O ₃ si se agrega aluminio o Fe3Ü ₄ si se agrega arrabio Y en el caso de sobre saturar con S1O ₂ es similar ya que al agregar más sílice al sistema se tendrá como resultado una doble saturación con Fe3Ü ₄ y S1O ₂ que es más complicado aún de acuerdo al ternario mostrado en la figura

1 . En los procesos de fusión la alta variabilidad de las calidades mineralógicas y químicas de los concentrados llevan a no tener un control de procesos eficiente con los ya mencionados problemas en eficiencia y excelencia de las fundiciones de cobre.

DESCRIPCION DEL INVENTO

La presente invención corresponde a un producto aglomerado compuesto por una mezcla compactada principalmente de óxidos que actúan directamente sobre la escoria en procesos de fusión y conversión de concentrados de cobre u otros, que permite que el óxido de fierro Fe ₃ 0 ₄ (magnetita) pueda ser soluble a temperaturas mayores a 1150 grados Celsius. La principal característica de esta formulación es que el compuesto en forma aglomerada como una píldora, entrega la mezcla exacta en las proporciones correctas necesarias y de manera instantánea al agregarse antes o durante el proceso al seno de la escoria para lograr la acción de solubilización de la magnetita y, como consecuencia, de la escoria ya que la formulación de este producto permite crear un ambiente propicio en la fase escoria para que el compuesto magnetita (Fe304) esté siempre disuelto a la temperaturas mayores o iguales a 1 150 grados Celsius de operación del horno, para luego retirarlo en forma líquida del horno respectivo, sin provocar desgastes de refractarios, problemas operacionales ni perdidas de eficiencia metalúrgica del proceso.

El proceso para elaborar este producto comprende las siguientes etapas: 1 -Selección de materias Primas caracterizadas por ser material fino en malla menor a 1000 Micrones. Bajo malla 10 Ty 2 mm

2-Mezcla de componentes en proporciones exactas predeterminadas.

3-Compactación de la mezcla mediante presión en un volumen y formato pre definido.

El producto finalmente obtenido comprende una mezcla sólida y compacta que puede moldearse en diferentes formatos y volúmenes dependiendo de la geometría del molde en donde se deposite la mezcla Específicamente, los porcentajes que se utilizan para fabricar este material son los siguientes:

Sílice (Si0 ₂ ) entre 20 - 50%;

Oxido de Calcio (CaO) entre 10 - 30%.

Oxido de Magnesio (MgO) entre 1 - 8%;

Oxido de Aluminio (Al ₂ 0 ₃ ) entre 1 - 5%;

Clinoptilolita ((Ca,K,Na) ₆ (SÍ ₃ oAI ₆ )0 ₇₂ 20H ₂ 0) entre 1 - 20%;

Carbón (C) entre 1 - 15%;

Carbonato de Sodio (Na ₂ C0 ₃ ) entre 1 - 5%;

Oxido de Fierro (Fe ₂ 0 ₃ ) entre 0,1 - 3%;

Aglomerantes (C _{I 2} H ₂₂ 0 _{I 1} ) entre 1 - 10%; y

Los componentes Sílice y Oxido de Calcio, son mezclados en los rangos descritos hasta formar una arenilla homogénea. El óxido de calcio puede ser reemplazado por carbonato de calcio de un 10-50 %. Posteriormente se le agregan los componentes Oxido de Magnesio, Oxido de Aluminio, Clinoptilolita, Carbón, Carbonato de Sodio y Oxido de Fierro. La mezcla se debe mantener homogénea y con una correcta dispersión de todos los componentes. Hasta este momento la mezcla se mantiene no solidificada y con características de arenillas finas. Posteriormente se agrega el Aglomerante y la mezcla es transferida a través de tornillos sin fin hacia rodillos rotatorios que contienen cavidades con formas y volumen determinados. Al entrar la mezcla a estos rodillos es compactada a gran presión dentro de las cavidades y debido a esta presión se produce un súbito incremento de temperatura que acelera el proceso de solidificación del aglomerante. Al salir de los rodillos la mezcla ahora tiene la forma de píldoras sólidas y de consistencia compacta pero no totalmente sólida. Al irse enfriando estas píldoras se irán solidificando hasta endurecerse completamente, también el proceso de solidificación se puede acelerar con aplicación de temperatura al ser pasadas por un horno de secado.

La particularidad de este proceso radica en que cada píldora contiene exactamente la misma proporción de componentes y por tanto cada vez que sean agregadas en una cantidad determinada al baño de cobre del horno, el efecto logrado será el mismo.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1 Ternario Escorias Fayalíticas Figura 2 muestra micro-fotografías de las muestras usando microscopía electrónica

Figura 3 muestra el diagrama Cu ₂ 0-Fe ₂ 0 ₃ -Si0 ₂ en equilibrio con cobre cobre metálico

Fig. 4 muestra el diagrama Cu20-Fe203-Si02 en equilibrio con aire

Fig. 5 muestra el Sistema “Cu ₂ 0”-“Fe0”-Ca0-S¡0 ₂ en saturación d cobre metálico a 1200 y 1250 ^Q C y presión parcial de oxígeno de 10 ⁵ atm

Fig. 6 Modelación del diagrama de fases Cu ₂ 0-Fe ₂ 0 ₃ -Si0 ₂ -Ca0

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

1 Solubilización de escorias altamente viscosas de una Fundición de cobre de Chile a escala laboratorio en Universidad Regional.

Objetivo de la evaluación

Generar escorias fluidas a partir de escorias viscosas (mazamorras) desde una fundición nacional a la temperatura de operación de los hornos de conversión Pierce Smith (entre 1 150 °C y 1250 °C). La alimentación de estos hornos corresponde a la composición de los ejes obtenidos del Convertidor Teniente (ejes con concentraciones de Cu menores o iguales a 75 %)

La formación de escorias fluidas permitió reducir o eliminar los siguientes problemas observados durante la operación:

1 -Generar escorias líquidas a temperaturas entre 1 150 °C y 1200 °C, eliminando totalmente las escorias viscosas generadas en los procesos de fusión y conversión en la industria del cobre. 2-Reducir o eliminar las proyecciones de mazamorra observadas durante el inicio del proceso de soplado y al final de este.

3-Disminuir la concentración de cobre en las escorias al disminuir el sobre soplado que lleva a producción de óxido de cobre CU2O requerido para fluidizar las escorias viscosas.

Metodología de trabajo

El presente trabajo buscó diferentes alternativas a la tradicional adición de S1O2 como fundente en los procesos de conversión de cobre para ejes de alta ley. Es de notar que algunas prácticas de conversión para este tipo de ejes o metales blancos no incluyen la adición de fundentes.

Para esta investigación se efectúo una revisión bibliográfica de los diagramas de fases relacionados a los sistemas de conversión y lo referente a ensayos de planta piloto o industriales para conversión (y/o fusión) de ejes (concentrados) con bajos contenido de hierro (% Fe > 5%).

Las siguientes actividades se realizaron a escala laboratorio:

a)- Muestreo de“Cobre Blister”,“Escoria Oxido” y“Mazamorra”.

b)- Caracterización de las muestras por análisis químicos, microscopía óptica, microscopía electrónica y análisis de las fases observadas usando técnicas de microanálisis (EPMA-Electrón probe micro analysis).

c)- Fundición de las muestras a 1200 °C en un crisol de sílice (S1O2) d)- Ensayos de fundición simulando las condiciones conversión

(equilibrio cobre/escoria oxido). Estos ensayos se realizaron efectuando a diferentes relaciones de Si0 ₂ /Ca0. Además de otros fundentes, tales como, MgO, AI ₂ O ₃ , Na ₂ Ü y FeO _x a temperaturas de 1200 °C y 1 150 °C.

El objetivo de estos ensayos es acotar la relación de Si0 ₂ /Ca0 y los otros fundentes donde las formaciones de cristales de magnetita son diluidos o solubilizados.

Se consideraría una óptima relación de Si0 ₂ /Ca0, aquella que no contiene sólidos en forma de óxidos de Fe-Cu.

Análisis de las muestras

El análisis químico representativo de“Escoria viscosa oxido” del Pierce Smith y“Eje” del Convertidor Teniente (Fundición Nacional) está indicado en la Tabla 1.

TABLA 1 Análisis químico de Escoria óxido viscosa

Micro-fotografías de las muestras usando microscopía electrónica (ver figura 25) indican una alta proporción de“Magnetita” y cobre atrapado mecánicamente.

El análisis microscópico usando SEM indica una escoria óxido viscosa con alta proporción de cobre metálico,“magnetita” y sílice, además de la fase liquida. El porcentaje de cobre en esta fase liquida es cercana al 55 %. La concentración de Si0 ₂ en la escoria total es del 8,12 % y en la escoria liquida reporta valores de 14 %. Para conciliar esta diferencia se requiere una revisión del análisis de Si0 ₂ en la escoria total.

El análisis de estas fases usando EPMA (micro-pruebas) está indicado en la Tabla 2.

Tabla 2. Análisis elemental de escoria óxido viscosa.

Diagramas de fases relacionados a la escoria óxido

Diagrama Cu?Q-Fe?O _j -SiO? en equilibrio con cobre metálico

Este diagrama (Figura 3) reportado recientemente representa el presente proceso con la adición de Si0 ₂ como fundente. Los puntos indicados en el diagrama corresponden al análisis químico de la muestra total y al análisis por EPMA del líquido observado en la muestra (ver Tabla 1 ). La composición de la muestra indica una temperatura entre 1200 y 1250 °C en concordancia con la temperatura de 1250 ^Q C reportada para el proceso. A 1200 °C la composición de la fase liquida en equilibrio con Tridimita (Si0 ₂ ) y“magnetita” es aproximadamente 40 %.

Diagrama CupO- en equilibrio con aire

Este diagrama (figura 4) también ha sido reportado recientemente.

Representa el caso extremo de sobre-soplado donde el cobre es oxidado en la escoria a óxido de cobre. Se efectuó un experimento con escoria cobre con aire para corroborar este punto en el diagrama respectivo (ver Tabla 3)

Tabla3. Análisis elemental de escoria óxido refundida a 1200 ^Q C en aire

7ÍJ A las condiciones de sobre-soplado o a condiciones de equilibrio con el cobre metálico, se esperaría una producción de escoria con concentraciones de cobre disuelto como CU2O mayor al 50 %.

Diagrama Cu?Q-Fe?O _j -SiO?-CaO en equilibrio con cobre metálico

No existe información experimental reportada del efecto del CaO en el diagrama de la Fig. 4. Existe información personal (no reportada) obtenida a 1200 y 1250 ^Q C para este sistema (ver Figura 5) a una presión parcial de oxígeno de 10 ⁵ atm en equilibrio con cobre metálico.

Con estos diagramas es posible obtener una indicación de la relación en peso de Ca0/Si0 ₂ donde es posible reducir (o eliminar) la formación de magnetita. Como indica la figura los valores máximos y mínimos para la relación en porcentaje por peso de Ca0/Si02 son de 0,45 (31/69) y 0,26 (21/79), respectivamente. El porcentaje por peso de CaO mínimo requerido varía entre 10% (a 1200 °C) y 15% (a 1250 °C).

Recientemente (MOLTEN 2016) fue publicado un estudio de planta piloto para la conversión directa de concentrado con bajo contenido de hierro a cobre blíster. El trabajo reporta la modelación indicada en la Fig. 6. Esta modelación incluye AI2O3 (5%) y MgO (2 %) para una concentración fija de 10 wt% de CU2O.

El trabajo incluye los resultados de planta piloto en un horno Sirosmelt indicados en la tabla 4 Tabla 4. Resultados de planta piloto

El documento muestra una composición de escoria con una relación por peso de CaO a S1O ₂ de 0,34. Esta composición está en los rangos considerados para el presente trabajo. Reportan además concentración de cobre en la escoria de 4,2 %. De acuerdo a las Figuras 3 y 4 se considera difícil que esta baja concentración sea lograda en dicho proceso. El balance de masas parece indicar una concentración mucho mayor de cobre en las escorias. Diseño experimental

De acuerdo con toda la información anterior, los experimentos consisten en el equilibrio entre cobre blíster y escoria viscosa de fundición Nacional a diferentes concentraciones de CaO, MgO, Na20, AI2O3, Cu20 y FeO _x . Las temperaturas con que se realizó la experiencia fueron de 1150 °C y 1200 °C , en donde las composiciones de la escoria y composiciones del eje se efectuaron de acuerdo al programa.

Las muestras de escorias fueron analizadas por microscopía electrónica (EDS) EPMA.

Los experimentos no consideraron la adición de carbón coke debido al nulo efecto que este tendría en la composición de la escoria o el cobre blíster. Se considera que el carbón tiene un efecto operacional al contra restar las pérdidas de calor debido a la descomposición del CaC0 ₃ .

Resultados

Conclusiones

Como conclusión final de este trabajo realizado por profesionales de la compañía, con el apoyo de investigadores de una Universidad Chilena, se demuestra que en todo el rango de composiciones de la formula presentada en este documento, las mazamorras o escorias viscosas se logran fluidizar en rangos de temperaturas de 1 150 °C a 1200 °C con concentraciones de magnetita menores o iguales a 60%. La dosificación de fundentes tales como S1O2, CaO, AI2O3, Na2C03, MgO, Fe2Ü3, Clinoptilolita, fue exitosa en un amplio rango por lo que puede ser aplicado a una operación industrial tanto en fusión como Conversión de concentrados y matas de cobre respectivamente.

SEGUNDO EJEMPLO DE APLICACIÓN

1. Prueba industrial en un Convertidor Peirce Smith en una

Fundición nacional usando 10 toneladas de Iflux

Se realizaron pruebas industriales en una Fundición Nacional en el convertidor N ^Q 4 Pierce Smith (CPS) con el producto aglomerado compuesto por los siguientes componentes: Sílice (Si0 ₂ ) entre 20 - 50%; Oxido de Calcio (CaO ) entre 20 - 50%; Oxido de Magnesio (MgO) entre 1 - 8%; Oxido de Aluminio (AI2O3) entre 1 - 5%; Clinoptilolita ((Ca,K,Na) ₆ (S¡ ₃ oAl ₆ )0 ₇₂ 20H ₂ 0) entre 1 - 20%; Carbón ( C ) entre 1 - 15%; Carbonato de Sodio (Na ₂ C0 ₃ ) entre 1 - 5%; Oxido de Fierro (Fe2Ü3) entre 0,1 - 3%; Aglomerantes (Ci?FI _?? Oii) entre 1 - 10%; y Oxido de Calcio (CaO) entre 1 - 10%.

Los objetivos de estas pruebas fueron: 1. Disminución Cu en la escoria generada.

2. Eliminación de las Mazamorras del proceso de conversión.

3. Disminución de la generación de Óxidos de Cu.

Prueba Numero 1

a) 3 Ollas de metal blanco

b) 2 Ollas de Carga Fría

c) 1 Ton de producto aglomerado en forma de píldora.

Secuencia experimental

Comentarios Prueba N° 1

Se observa una escoria sin formación de mazamorra, pero un poco viscosa. Se atribuye la viscosidad de la escoria al estado inicial del CPS, el cual se encontraba con un grado importante de embancamiento. Al final del proceso se observa CPS 4 más limpio, este liberó mazamorra residual. En los cálculos iniciales para determinar la cantidad de producto aglomerado en forma de píldora se consideró un CPS relativamente limpio. Por lo que la solubilización de magnetita llevó a que se trabajase en una condición muy al borde de la zona líquida del ternario. Se determina que en la próxima prueba se utilicen 2 ton del producto en forma de píldora por carga.

Prueba Numero 2

-3 ollas de metal blanco.

-2 ollas de Carga Fría.

-2 ton de producto aglomerado en forma de píldora.

Se planificó agregar 3 ollas de metal blanco, esperar que el horno alcance 1.200 °C y agregar 1 ton del producto aglomerado con ¾ olla de carga fría, esto para facilitar el ingreso del producto aglomerado en forma de píldora desde la olla.

Prueba N° 2

La escoria obtenida es muy líquida y no se observa la formación de mazamorra. El Horno, luego de esta segunda carga con el producto aglomerado en forma de píldora se ve sustancialmente más limpio. El color de la escoria obtenida es distinto al tradicional. Para la próxima prueba se determina realizar la carga de producto aglomerado en forma de píldora con bote de scrap y fabricar una paleta de muestreo para la escoria.

Prueba Numero 3

Se realiza una inspección previa del Horno y se planifica cargar los siguiente:

a) 3 Ollas de metal blanco b) 3 Ollas de Carga Fría

c) 2 Ton de producto aglomerado en forma de píldora.

Se planifica agregar 3 ollas de metal blanco, esperar que el horno alcance 1.200 °C y agregar 1 ton de producto aglomerado en forma de píldora con un bote, luego 1 olla de carga fría, luego otra ton de producto aglomerado en forma de píldora y 2 ollas más de carga fría.

Comentarios prueba N°3

La escoria obtenida es muy líquida y no se observa la formación de mazamorra. El Horno al finalizar el proceso se ve en mejores condiciones. Prueba Numero 4

Se nos comenta que la carga 66 del horno sin el producto aglomerado en forma de píldora, tuvo varios inconvenientes, generándose mucha mazamorra y dejando el Horno con mucho residuo.

Se realiza una inspección previa del horno y se planifica cargar los siguiente:

a) 3 Ollas de metal blanco.

b) 2 Ollas de carga fría de buena calidad de manera de no aumentar la cantidad de magnetita en el horno.

c) 3 ton de producto aglomerado en forma de píldora.

Se agregaron 3 ollas de metal blanco, esperar que el horno alcance 1.200 °C y agregar 1 ton de producto aglomerado en forma de píldora con un bote, luego 1 olla de carga fría, luego otra 2 Ton de producto aglomerado en forma de píldora y 1 olla más de carga fría.

Comentarios prueba numero 4

Se recibe un horno en muy malas condiciones y muy sucio, por lo que se determina agregar 3 ton de producto aglomerado en forma de píldora para limpiarlo de mazamorra. El proceso libera gran cantidad de mazamorra lo que genera una escoria líquida más viscosa de lo normal con producto aglomerado en forma de píldora. La condición final del horno es mucho mejor que al inicio y se observa que el producto aglomerado en forma de píldora produjo una excelente limpieza del CPS. Resultados análisis químicos

Resultados análisis escorias pruebas con producto aglomerado en forma de píldora.

Caso base análisis Escorias sin producto aglomerado en forma de píldora

Conclusiones

Se cumplió el objetivo de disminuir el cobre en las escorias, aun trabajando en condiciones muy adversas, de 37 % de Cu promedio total reportado por profesionales de fundición como caso base, a un 21% de cobre total. En las 4 pruebas realizadas se pudo corroborar en terreno con personal de la fundición la eliminación de formación de mazamorras en las 4 pruebas realizadas.

La disminución de generación de óxido de Cu fue un objetivo cumplido parcialmente, producto que la práctica de“oxidar cobre” es parte de la cultura actual en los operadores de la fundición y requiere de un“cambio cultural” en la forma de trabajar en los operadores del área de CPS.