DESCRIPCIÓN CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una briqueta compuesta por una mezcla compacta de diferentes materiales sólidos del tipo arena más adelante llamados fundentes, para ser utilizada como fundente en procesos de fundición y conversión de concentrados de cobre en hornos de fusión, conversión u otros, que permite que el óxido de fierro Fe ₃ O ₄ por sobre los valores normales sea soluble a las condiciones del horno. La mezcla de materiales de dicha briqueta, permite crear un ambiente propicio en la fase escoria para que el compuesto magnetita (Fe3O4), esté siempre disuelto a la temperatura de operación del horno, para luego retirarlo en forma líquida del horno respectivo, sin provocar problemas operacionales ni perdidas de eficiencia metalúrgica del proceso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los procesos de fundición son utilizados para la obtención de cobre, en los cuales el concentrado de cobre es descargado hacia el horno, por diferentes tecnologías de transporte neumático o a través de correas transportadoras.

En la etapa de fusión de dicho proceso de fundición, los sulfuros contenidos en el concentrado están compuestos principalmente por calcosina (Cu ₂ S), covelina (CuS), calcopirita (CuFeS ₂ ), pirita (FeS ₂ ) y bornita (Cu ₅ FeS ₄ ), estos se descomponen a cierta temperatura para generar Cu2S y FeS, debido a la adición de oxígeno se producen procesos oxidativos que terminan por forman dos fases líquidas, una primera fase sulfurada rica en cobre de alta densidad y una segunda fase rica en fierro, compuesta principalmente por óxidos de fierro y sílice llamada escoria.

La fase de cobre (eje o mata de cobre) contiene sulfuros de cobre y hierro, algunos metales preciosos y otros elementos a nivel de trazas. La fase escoria, contiene cantidades de fierro oxidado, fayalita y cobre sulfurado y oxidado producto del arrastre de Cu2S y Cu2O en menor proporción por el proceso oxidativo, ésta es caracterizada y sometida a una etapa adicional de recuperación del metal, si su contenido es mayor a 1 % Cu. La mata en cambio, pasa a una etapa posterior de conversión por oxidación.

En el proceso de oxidación de conversión de matas de cobre de alta ley (leyes de cobre mayores a 65%, con contenido de fierro menor a 12%) comienza a aumentar la afinidad del ion ferroso Fe ⁺² con el oxígeno, en desmedro del fundente que es sílice, que en un proceso normal forma una escoria líquida llamada fayalita 2FeO-SiO ₂ a temperaturas mayores 1200 °C. En las concentraciones de cobre y fierro antes mencionadas, la afinidad del Fe ⁺² con el oxígeno aumenta, con lo cual se va favoreciendo la oxidación del Fe ⁺² a Fe ⁺³ formando un óxido de fierro denominado magnetita Fe ₃ O ₄ , al aumentar la concentración de esta especie en la fase escoria mayores a 20% y a temperaturas de 1250 °C, se satura y comienza a precipitar produciendo una escoria de mayor viscosidad y difícil de manejar operacionalmente, lo que se hace más complejo a medida que el contenido de fierro disminuye. Este problema se produce siempre en las condiciones de operación de los procesos de fusión y conversión de cobre, es una condición termodinámica, por lo que impedir que esto ocurra es imposible.

Para optimizar los procesos de fundición, se requiere que las dos fases estén completamente separadas y, además, que la fase de escoria tenga un mínimo de cobre menor a 1 % y que la fase de metal blanco que contenga máximo de cobre posible. Asimismo, se requiere que ambas fases, de diferentes densidades, estén completamente fluidas, para ser retiradas del horno.

Este tipo de problema se ha intentado solucionar en el estado del arte. Así, por ejemplo, en el documento WO 2015/077900 se divulga un método para el procesamiento continuo de mata de cobre o mata de cobre-níquel. La producción de cobre refinado desde mata de cobre a la fecha, ha estado dominada por el uso de los convertidores Peirce-Smith y los hornos de ánodos, los que por su procesamiento discontinuo, no permiten cumplir de forma aceptable los actuales estándares de emisión de gases y polvos. La presente invención establece continuidad operacional al proceso industrial y elimina la emisión de gases e impurezas fugitivas del proceso, sin contaminar el medio ambiente. El procedimiento consiste en la alimentación continua de mata de cobre o cobre-níquel líquida, sólida ó mezcla de ambos dentro de un reactor vertical de lecho empacado de cerámica, en conjunto con una dosis de fundente, mientras en contra corriente a través de toberas se sopla aire, o aire enriquecido en oxígeno para obtener una tasa y grado deseado de oxidación, con la alimentación de mata y fundentes, y producir de manera continua gases, escoria y cobre oxidado bajo en azufre (mata de Bessemer en caso de mata cobre-níquel), que se separan por diferencia de densidad en el fondo del reactor. La extracción de los líquidos y los gases concentrados en dióxido de azufre son continuos. La dispersión de la mata en el empaque cerámico no reactivo del reactor permite una alta velocidad de reacción que se controla con flujo y la presión parcial de oxígeno determinando la composición del producto final, cobre blister o cobre oxidado o grado de metalización de mata de Bessemer.

El documento WO 2015/109416 divulga un producto en base a aluminio reciclado, útil en las fundiciones de la industria minera para la industria minera, específicamente, para tratar escorias y acreciones generadas en los procesos de producción de cobre, níquel, u otros metales, el cual comprende una mezcla de: (a) aluminio entre 91 - 98%; (b) indio entre 0,001 - 0,1 %; (c) silicio entre 0,2 - 8 %; (d) manganeso, magnesio, zinc, sílice, hierro, cobre entre 0,1 - 2,5%, y (e) alúmina entre 0,1 - 0,8 %, donde este último recubre la superficie del producto. Además, se divulga el uso del producto para recuperar metal remanente en la escoria a botadero y para disolver acreciones y/o adherencias en los hornos de la minería.

El documento WO 2008/052690 divulga un procedimiento para la extracción continua o discontinua de un metal o de varios metales a partir de una escoria que contenga al metal o a un compuesto del metal, en el que la escoria fundida, que contiene al metal, es calentada en un grupo primario o secundario de fusión, caracterizado porque la escoria que contiene metal es calentada en un grupo de fusión primario o secundario conformado como horno eléctrico de corriente alterna y la fundición es llevada luego desde el grupo de fusión primario o secundario a un horno conformado como horno eléctrico de corriente continua, en el que se realiza una separación electrolítica del metal a extraer, con lo que en el grupo de fusión primario o secundario se introduce y/o se inyecta un agente reductor en forma de siliciuro de calcio (CaSi) , carburo de calcio (CaC ₂ ) , ferrosilicio (FeSi) , y/o aluminio (Al).

El documento WO 2009/090531 divulga un método pirometalúrgico intensivo continuo de conversión de mata de cobre líquida en dos reactores, que comprende las siguientes etapas sucesivas: a) alimentar mata líquida de manera continua dentro del primer reactor de oxidación; en que dicho reactor tiene una cámara refractaria para contener dicha mata; en que dicha cámara refractaria contiene un lecho empacado de granos cerámicos u otros granos químicamente neutros; en que dicha mata se dispersa y fluye gravitacionalmente a través de dicho lecho empacado; b) suministrar simultáneamente gases conteniendo aire o suministrar aire enriquecido en oxígeno a través de dicho lecho empacado de granos cerámicos, en contracorriente a la mata líquida para la oxidación del sulfuro de hierro; c) suministrar simultáneamente fundentes silicios, cal o mezclas de ellos para la escorificación de los óxidos de hierro e impurezas con formación de una escoria tipo olivina (CaO-SiO ₂ -FeO-Fe ₂ O ₃ ) de conversión; en que ésta fluye gravitacionalmente a través del lecho poroso; d) sangrar continuamente escoria de conversión, desde un orificio de sangrado, y sulfuro de cobre, desde un bloque sifón u orificio inclinado, desde el piso del horno; e) alimentar continuamente metal blanco a un segundo reactor de oxidación en que dicho reactor tiene una cámara refractaria para contener dicho metal blanco; en que dicha cámara refractaria contiene un lecho empacado de granos cerámicos u otros granos químicamente neutros; en que dicho metal blanco se dispersa y fluye gravitacionalmente a través de dicho lecho empacado; f) suministrar simultáneamente gases conteniendo aire o suministrar aire enriquecido en oxígeno a través de dicho lecho empacado de granos cerámicos, en contracorriente al metal blanco líquido para la oxidación del sulfuro de cobre con formación de cobre blister; en que éste fluye gravitacionalmente al fondo del reactor; g) sangrar continuamente cobre blister desde un bloque sifón sangrador u orificio inclinado desde el piso del horno; y h) evacuar continuamente los gases ricos en SO ₂ desde los reactores de oxidación de hierro y formación de cobre hacia la planta de ácido sulfúrico.

El documento US 4,701 ,217 divulga un método de fundición de material de óxido de metal que comprende los pasos de circulación de la fuerza material de soporte fundido en una trayectoria de circuito cerrado en serie a través de una zona de reducción por fusión, una zona de separación de escoria y una zona de calentamiento; poner en contacto el material de óxido de metal con el material de soporte fundido; la introducción de un reductor carbonoso al material de soporte fundido; al menos parcialmente la reducción de dicho óxido de metal con metal por el reductor carbonado en dicha zona de reducción por fusión, el óxido de metal y reductor carbonoso siendo utilizado en proporciones tales que el carbono de la reductor carbonoso se convierte en monóxido de carbono; reaccionar el monóxido de carbono con oxígeno en la zona de calentamiento en la superficie del material de soporte fundido para que el calor generado por la reacción se transfiere al material de soporte fundido; la separación de la escoria a partir de dicho material de soporte fundido en dicha zona de separación de la escoria antes de que el material de soporte fundido se distribuye a la zona de calentamiento de manera que la superficie del material de soporte fundido que se distribuye a la zona de calentamiento está sustancialmente libre de escoria; y recuperar dicho metal.

El documento US 4,006,010 divulga un método de producción de cobre blister a partir de cobre-hierro concentrado de sulfuro que contiene en peso aproximadamente 15 a 45% Cu, alrededor de 15 a 40% Fe, de aproximadamente 20 a 45% S, el contenido total de Cu, Fe y S siendo al menos aproximadamente 85% y los metales equilibrio de ganga y residuales, que comprende, tostado muertos dicho concentrado de sulfuro a una temperatura por encima de 800 ° C para eliminar el azufre de los mismos y la forma de óxido de hierro férrico como se evidencia por la formación de cantidades sustanciales de ferrita de cobre magnético, formando una mezcla de lotes de dicha concentrado tostado junto con un agente de escorificación comprende SiO2, la cantidad de SiO2 presente siendo suficiente para combinar con FeO redujo de dicho óxido de hierro férrico y proporcionar una escoria que tiene un punto de fusión por debajo de aproximadamente 1250 ° C, la formación de aglomerados a partir de dicha mezcla de lotes, la carga dijo aglomerados en un horno de reactor de lecho poco profundo junto con una cantidad de material carbonoso correlacionado para reducir el óxido de cobre en la misma y óxido de hierro férrico a FeO y proporcionar calor suficiente para efectuar la fundición en dicho horno, formando dicha carga un lecho poco profundo dispuesta por encima de una línea de tobera situada periféricamente alrededor de dicho horno, dicha carga de lecho poco profundo que va hasta alrededor de 6 pies de altura, encendiendo dicho material carbonoso en dicho lecho poco profundo y de aire de chorro a través de dicho lecho a través de dicho toberas, por lo tanto la calefacción y la fundición rápidamente dicho lote elevando la temperatura de los mismos en exceso del punto de fusión del cobre, dicha carga se mantiene en dicho horno para un tiempo de residencia de menos de aproximadamente 1 hora suficiente para reducir dicho óxido de cobre selectivamente a cobre blister fundido y reducir el óxido de hierro férrico en óxido ferroso para combinar con el SiO ₂ presente para formar una escoria fundida, y permitir que dicho cobre fundido y dijeron escoria fundida se asiente por gravedad en dicho horno en un hogar de confinamiento en la parte inferior de dicho horno para producir una piscina de cobre blister con una capa de dicha escoria fundida en la parte superior de la misma.

Ninguno de los documentos del estado del arte, resuelve el problema de separar eficientemente la fase escoria de la fase metal blanco, y al mismo tiempo, dejarlas fluidizables para que ellas puedan ser retiradas del proceso de fundición.

Como esto no ha sido resuelto en el estado del arte, la presente invención propone agregar a la fase de escoria una mezcla de fundentes, que permita fluidizar la Fe3O ₄ presente en la escoria. RESEÑA DE LA INVENCION

La presente invención se refiere una briqueta conformada por una mezcla de óxidos que son comprimidos como un bloque monolítico, obtiene el peso suficiente para traspasar la superficie de la escoria viscosa o mazamorra de tal manera que forme parte de ésta y la haga fluida a temperatura de operación del convertidor u horno de fusión.

Asimismo, la presente invención tiene por objeto proveer de una mezcla de fundentes que hace que el óxido de fierro Fe3O ₄ sea soluble a estas condiciones, es decir, el óxido Fe3O ₄ se forma siempre, lo que hace esta solución es crear un ambiente propicio en la fase escoria para que el ion férrico Fe ⁺³ siempre este disuelto a la temperatura de operación y así poder retirarlo de la fase rica en cobre sin provocar problemas operacionales y perdidas de eficiencia metalúrgica del proceso.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor compresión de la invención, constituyen parte de esta descripción y muestran algunas de las ejecuciones preferidas.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva frontal de un horno de fundición.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva frontal y en medio corte de un horno de fundición. La figura 3 muestra una vista en perspectiva frontal y en medio corte de un horno de fundición, con fundentes en polvo sobre la mazamorra o escoria viscosa, que no reaccionan eficientemente.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva frontal y en medio corte de un horno de fundición, con una fase escoria viscosa o mazamorra que se encuentra sobre el metal blanco, eje o cobre blister, en donde son dejadas caer las briquetas de la presente invención, en donde las briquetas están dosificadas en las proporciones correctas para que reaccionen eficientemente al deshacerse en la fase escoria.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva frontal de un grupo de briquetas de la presente invención, que son dejadas caer desde la tolva en la parte superior del horno.

La figura 6 muestra una vista en corte de la briqueta de la presente invención.

La figura 7 muestra una vista en perspectiva frontal de cinco realizaciones de briquetas de la presente invención.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una briqueta conformada por una mezcla de fundentes que son comprimidos como un bloque monolítico, que tiene el peso suficiente para penetrar la superficie de la mazamorra o escoria. La mezcla de fundentes que hace que el óxido de fierro Fe3O ₄ sea soluble a las condiciones operacionales del horno, es decir, el óxido Fe3O ₄ se forma siempre, lo que hace esta solución es crear un ambiente propicio en la fase escoria para que el ion férrico Fe ⁺³ siempre este disuelto a la temperatura de operación y así poder retirarlo de la fase rica en cobre sin provocar problemas operacionales y perdidas de eficiencia metalúrgica del proceso.

Haciendo referencia a las figuras 1 a 4, en la parte superior de un horno de fundición (1 ), se encuentra una tolva de alimentación (3) de material seco a fundir (6), que cae hacia una cinta transportadora (4) la que remata en un chute de descarga (5) hacia la entrada del horno (1 ).

En la cámara de fundición (2) el material (6) se separa en una fase escoria (8) y una fase de metal blanco (9), las cuales son retiradas a diferente altura desde el horno (1 ).

La fase de escoria o mazamorra (8) se transforma en una masa viscosa que impide su evacuación del horno (9).

Acorde a lo mostrado en las figuras 4 y 5, en la presente invención se provee una briqueta (10) que es dejada caer desde el chute de alimentación (5) hacia el horno (1 ) dentro de la cámara de fundición (2), en donde producto de la aceleración de la caída y peso de la briqueta (10), ésta cae con una fuerza F en el interior de la fase escoria viscosa o mazamorra se rompe, para que los fundentes presentes en la mezcla, puedan llevar a cabo el proceso de haciendo que el óxido de fierro Fe30 ₄ sea soluble en las condiciones termodinámicas del horno. En la figura 6 se muestra una briqueta (10) compuesta por un primer fundente (1 1 ), un segundo fundente (12) y un tercer fundente (13) los cuales son comprimidos formando un bloque monolítico a presión, cuya densidad es suficiente para que con la aceleración en la caída desde el chute de descarga (5) ésta caiga en la mazamorra o escoria viscosa (7) y puedan dichos primer, segundo y tercer fundente (1 1 , 12, 13) llegar al seno la fase escoria viscosa (x).

Acorde a lo mostrado en la figura 7, los fundentes que conforman la briqueta (10) y que son comprimidos pueden tener varios tipos de forma, según la matriz o punzón-sufridera utilizada. Así es posible obtener una briqueta con forma de un paralelepípedo rectangular recto (14) de sección transversal rectangular de lados menores curvos; una briqueta con forma de un paralelepípedo rectangular recto (15) de sección longitudinal rectangular de lados mayores curvos horizontales; una briqueta con forma de un paralelepípedo rectangular recto (16) de sección transversal rectangular de lados menores curvos verticales; una briqueta con forma de cilindro circular achatado (17) y una briqueta con forma de cilindro circular recto (18).