RIVEROS URZUA GABRIEL ANGEL (CL)
MARIN ALVARADO TANAI LERAC (CL)
UTIGARD TORSTEIN ARFINN (CA)
PONCE HERRERA RICARDO (CL)
BALOCCHI VENTURELLI ARIEL (CL)
SAEZ SOLIS ROBERTO (CL)
ROJAS VERAZAY PATRICIO (CL)
TAPIA LUNA JOSE (CL)
SMITH CRUZAT DANIEL (CL)
TAPIA SANCHEZ ALBERTO ARTURO (CL)
VARGAS DARUICH IVAN ANDRES (CL)
NAC DE MINERIA EMPRESA (CL)
PYROS INGENIERIA S A (CL)
CASTELLANOS ABONDANO MARGARITA (CO)
WARCZOK ANDRZEJ (CL)
RIVEROS URZUA GABRIEL ANGEL (CL)
MARIN ALVARADO TANAI LERAC (CL)
UTIGARD TORSTEIN ARFINN (CA)
PONCE HERRERA RICARDO (CL)
BALOCCHI VENTURELLI ARIEL (CL)
SAEZ SOLIS ROBERTO (CL)
ROJAS VERAZAY PATRICIO (CL)
TAPIA LUNA JOSE (CL)
SMITH CRUZAT DANIEL (CL)
TAPIA SANCHEZ ALBERTO ARTURO (CL)
VARGAS DARUICH IVAN ANDRES (CL)
| WO2006029162A1 | 2006-03-16 |
| ES2169140T3 | 2002-07-01 | |||
| GB1363770A | 1974-08-14 | |||
| ES8107326A1 | 1981-10-01 | |||
| ES2279232T3 | 2007-08-16 |
REIVINDICACIONES
1. Método pirometalúrgico intensivo continuo de conversión de mata de cobre líquida en dos reactores, CARACTERIZADO porque 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 ó aire enriquecido en oxígeno a través de dicho lecho empacado de granos cerámicos, en contracorriente a Ia mata líquida para Ia oxidación del sulfuro de hierro; c- suministrar simultáneamente fundentes silicios, cal o mezclas de ellos para Ia 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 ó aire enriquecido en oxígeno a través de dicho lecho empacado de granos cerámicos, en contracorriente al metal blanco líquido para Ia 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 Ia planta de ácido sulfúrico.
2. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque Ia mata de cobre en (a) puede ser cargada de forma sólida sobre Ia superficie del lecho empacado del primer reactor y fundida con los gases calientes que suben por el lecho.
3. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque Ia mata de cobre en (a) puede ser cargada de forma líquida y simultáneamente recibir carga de mata sólida sobre Ia superficie del lecho empacado del primer reactor.
4. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el aire enriquecido en oxígeno en (b) del aire de soplado varía desde 21 % a 80 % dependiendo de las pérdidas de calor del reactor, grado de Ia mata y alimentación sólida ó líquida para asegurar un proceso autógeno.
5. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque como fundente en (c) se adiciona sólo cal conduciendo a Ia formación de escoria ferrítica de calcio.
6. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque como fundente en (c) se agregan cal, greda y cuarzo conduciendo a Ia formación de una escoria tipo anortita (CaAI 2 Si 2 O 8 ).
7. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque en (a) se puede cargar sobre Ia superficie del lecho empacado restos de cobre sólido y retornos de cobre de alta ley, fundidos por los gases de proceso en contracorriente y colectados por el metal blanco y Ia escoria.
8. Método de acuerdo con Ia reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el aire enriquecido en oxígeno en (f) del aire de soplado varía desde 21% a 80 % dependiendo de las pérdidas de calor del reactor. |
MéTODO DE CONVERSIóN CONTíNUA DE MATA DE COBRE
MEMORIA DESCRIPTIVA
ANTECEDENTES.
La fusión de concentrado de cobre produce mata y escoria. La mata de cobre es convertida a cobre blister en convertidores Peirce-Smith, Hoboken ó procesos de conversión continuos, tales como los procesos Kennecott-Outokumpu, Mitsubishi o Noranda. El cobre blister es direccionado al proceso de refinación a fuego previo a Ia electro refinación.
El proceso de conversión clásico discontinuo de mata de cobre se lleva a cabo en hornos basculares llamados convertidores Peirce-Smith u hornos basculares con sifón de gas de salida llamado convertidor Hoboken. El proceso clásico es discontinuo (batch) que consiste de dos etapas: escorificación del hierro y formación de blister.
La primera etapa de Ia conversión esta dedicada a Ia remoción de FeS desde Ia solución de Cu 2 S-FeS, y escorificación de los óxidos de hierro por Ia adición de fundente silíceo.
[FeS] mata + 1 ,5O 2 + SiO 2 => (Fe 2 SiO 4 ) e scoπa + SO 2
Los procesos de conversión continuo Mitsubishi y Kennecott-Outokumpu usan cal como fundente, Io cual forma escoria ferrítica de calcio.
2[FeS] mat a + 3,5O 2 + CaO => (CaO Fe 2 O 3 )escoπa + 2SO 2
Después de Ia remoción de escoria con posterior soplado de aire ó aire enriquecido se conduce a Ia precipitación de cobre metálico (cobre blister).
[Cu 2 S] mata + O 2 => 2{Cu} b | lster + SO 2
La conversión clásica en convertidor Peirce-Smith tiene Ia flexibilidad operacional de un proceso típico discontinuo, baja eficiencia energética, altos requerimientos de mano de obra y altas emisiones de dióxido de azufre e impurezas volátiles. La fluctuación de Ia
temperatura y el choque térmico acortan Ia vida del refractario, particularmente en Ia zona de toberas.
El sueño de los pirometalurgistas por los procesos de conversión continua se hizo realidad en 1974 con el proceso Mitsubishi. En ésta mata de alta ley se convierte continuamente en cobre blister por oxidación en baño con aire enriquecido inyectado por lanzas localizadas en el techo del reactor. Este es de tipo cilindrico vertical estacionario. Como fundente se usa cal para Ia escorificación del hierro. El mayor problema que encara el proceso Mitsubishi es Ia corrosión del refractario por Ia escoria ferritica de calcio con alto contenido de óxido cuproso. 1(1) S. Okabe and E. Kimura, "Injection metallurgy for continuous copper smelting and converting - Fundamental aspects of Mitsubishi process", The Howard Worner International Symposium on Injection Metallurgy"; (2) M. Nilmani and T. Lehner, eds., TMS, 1996, 83-96.; S. Okabe and H. Sato, "Computer aided optimization of furnace design and operating condition of Mitsubishi continuous copper converter, Sulfide Smelting 98: Current and Future Practices, J.A. Asteljoki and R. L. Stephens, eds., TMS, 1998, 607-618.; (3) H. Sato, F. Tanaka and S. Okabe, "Mechanism of refractory wear by calcium ferrite slag", EPD Congress 1999, B. Mishra, ed., TMS, 1999, 281-297.; (4) M. Goto and M. Hayashi, "The Mitsubishi Continuous Process - Metallurgical Commentary", Second Edition, Mitsubishi Materials Corporation, June 2002.; (5) M. Goto and M. Hayashi, "Recent advances in modern continuous converting", Yazawa International Symposium, Metallurgical and Materials Processing: Principies and Technologies, VoI. Il - High-temperature metáis production, F. Kongoli et al, eds., TMS, 2003, 179-187.).
El proceso de conversión flash continua fue desarrollada por Outokumpu y Kennecott. Este se inició industrialmente en 1996 en Ia fundición de Kennecott. El proceso usa el horno flash Outokumpu para Ia oxidación de mata pulverizada de alta ley directamente a cobre blister. Como agente fundente se usa cal Io que produce escoria ferritica de calcio con alto contenido de de óxido cuproso. La mayor ventaja del proceso
Kennecott-Outokumpu es Ia independencia del proceso de conversión de Ia fusión de concentrado. La eficiencia energética del proceso es baja debido a las pérdidas de calor por
Ia solidificación de Ia mata y Ia energía requerida para el chancado y molienda de Ia mata.
El mayor problema operacional es Ia rápida corrosión del refractario por Ia escoria ferritica de calcio con alto contenido de óxido cuproso y producción de una gran cantidad de polvo de ducto, desde 9% a 11% de Ia alimentación. [(1 ) D.B. George, RJ. Gottling and CJ. Newman, "Modernization of Kennecott Utah copper smelter", COPPER 95 - COBRE 95
International Conference, VoI. IV - Pyrometallurgy of Copper, WJ. (Pete) Chen et al., eds., The MetSoc of CIM, 1995, 41-52.; (2) CJ. Newman, D.N. Collins and A J. Weddick, "Recent operation and environmental control ¡n the Kennecott Utah copper smelter", Copper 99 - Cobre 99 International Conference, VoI. V - Smelting Operations and Advances, D. B. George et al, eds., TMS, 1999, 29-45.; (3) CJ. Newman and M. M. Weaver, "Kennecott Flash Converting Furnace design improvements - 2 — 1", Sulfide Smelting 2002, R. L. Stephens and H.Y. Sohn, eds., TMS, 2002, 317-328.; (4) D B. George, "Continuous copper Converting - A perspective and view of the future", Sulfide Smelting 2002, R. L. Stephens and H.Y. Sohn, eds., TMS, 2002, 3-13.; (5) R. Walton, R. Foster and D. George-Kennedy, "An update on flash converting at Kennecott Utah Copper Corporation", 2005 TMS Annual Meeting, Converter and Fire Refining Practices, A. Ross et al, eds., TMS, 2005, 283-294.].
El siguiente proceso de conversión continua fue puesto en marcha por Ia empresa Noranda en 1997. El proceso de Conversión Continua Noranda usa el reactor Noranda para Ia oxidación continua de mata de cobre, manteniendo tres capas dentro del reactor: semi- blister, metal blanco y una escoria. El uso de fundente silíceo produce escoria fayalítica saturada en magnetita. El proceso no es totalmente continuo. El producto semi-blister requiere el término del soplado en convertidor Peirce-Smith para obtener cobre blister. El reactor necesita reparación frecuente de los refractarios particularmente en Ia zona de toberas. En Ia actualidad el proceso no esta en operación. [(1) PJ. Mackey, C. Harris and C. Levac, "Continuous converting of matte in the Noranda Converter: Part I Overview and metallurgical background", COPPER 95 - COBRE 95 International Conference, VoI. IV - Pyrometallurgy of Copper, WJ. (Pete) Chen et al., eds., The MetSoc of CIM, 1995, 337-349.; (2) CA. Levac et al., "Design and construction of the Noranda Converter at the Horne Smelter", Sulfide Smelting 98, Current and Future Practices, J.A. Asteljoki and R. L. Stephens, eds., TMS, 1998, 569-583.; (3) Y. Prévost, R. Lapointe, CA. Levac and D. Beaudoin, "First year of operation of the Noranda continuous converter", Copper 99 - Cobre 99 International Conference, VoI. V - Smelting Operations and Advances, D. B. George et al, eds., TMS, 1999, 269-282.].
El proceso de conversión continua Ausmelt esta en etapa de desarrollo. El proceso se lleva a cabo en el conocido reactor Ausmelt cilindrico vertical con lanza. Para Ia escorificación de Io óxidos de hierro se utilizan sílice y cal, produciendo una escoria tipo olivina. [(1) J. Sofra and R. Matusewicz, "Ausmelt technology - Flexible, low cost technology for copper production in the 21 st century", Yazawa International Symposium, Metallurgical
and Materials Processing: Principies and Technologies, VoI. Il - High-temperature metáis production, F. Kongoli et al, eds., TMS, 2003, 211-226.; (2) J. Sofra and R. Matusewicz, "Ausmelt technology - Copper production technology for the 21 st century", COPPER 2003 - COBRE 2003, VoI. IV - The Hermann Schwarze Symposium on Copper Pyrometallurgy, Book 1: Smelting Operations, Ancillary Operations and Furnace Integrity, C. Díaz et al, eds., The MetSoc of CIM, 2003, 157-172.].
BREVE DESCRIPCIóN DEL DIBUJO.
Figura: es una vista esquemática en corte, elevación y perfil del principio del método pirometalúrgico intensivo de conversión continua de mata de cobre en dos reactores tipo lecho empacado en cascada.
DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN.
Esta invención se refiere a un método pirometalúrgico de conversión continua de mata de cobre, que hace uso de un flujo de mata líquida gravitacional a través de dos reactores en serie.
Así, esta invención conduce a un método de conversión continua de mata de cobre consistente de las siguientes etapas:
Mata líquida de cobre (4) es transferida desde un horno de fusión a través de una canal al primer reactor de oxidación (3) ó carguío de mata sólida (6) directamente sobre Ia superficie del lecho empacado en el primer reactor;
Carguío de fundentes sólidos (6) sílice y cal, sobre Ia superficie del lecho empacado del primer reactor;
Dispersión y flujo gravitacional de mata líquida a través de un lecho empacado de granos cerámicos;
Inyección de aire y aire enriquecido en oxígeno a través de toberas (2) en contracorriente al flujo de mata líquida subiendo dentro del lecho empacado;
Oxidación del sulfuro de hierro: [FeS] mata + 1 ,5O 2 =* (FeOU d0 + SO 2 3[FeS] ma ta + 5O 2 => (Fe 3 O 4 )SOiIdO + 3SO 2
Formación de escoria:
CaO + SiO 2 => (CaSiO 3 )escoria 2(FeO) só , ldo + SiO 2 => (Fe 2 SiO 4 ) eS coria 2(Fe 3 O 4 )s6iido + [FeS] mata + SiO 2 => 3(Fe 2 SiO 4 ) es coria + SO 2 (Fe 3 O 4 )sώi¡do + CaO => (CaO.Fe 2 θ3)β-«*a + FeO
Separación de escoria y metal blanco en el fondo del reactor;
Extracción continúa de escoria de conversión a través de un orificio de sangrado (1) y extracción continua de metal blanco a través de un sifón u orificio inclinado;
Reciclo de Ia escoria de conversión al horno de fusión ó al horno de limpieza de escoria;
Transferencia continúa de metal blanco (sulfuro de cobre) vía canal (7) a un segundo reactor de oxidación de sulfuro de cobre (9);
Dispersión y flujo gravitacional de metal blanco a través de un lecho empacado de granos cerámicos;
Inyección de aire ó aire enriquecido en oxígeno a través de toberas (10);
Oxidación de metal blanco con formación de cobre blister: [Cu 2 S] mata + O 2 => 2[Cu] bllster + SO 2
Transferencia de cobre blister (1 1 ) vía canal a refinación a fuego;
Evacuación de los gases de salida de los reactores de oxidación de hierro (5) y de formación de cobre (8) al sistema general de limpieza de gases de Ia fundición y a planta de ácido sulfúrico.
El principio del proceso se ilustra esquemáticamente en Ia Figura 1. La mata de cobre (4) dispersado en Ia superficie del lecho cerámico fluye bajando en Ia forma de pequeñas gotas y venas que entran en contacto con un flujo de gases calientes en contracorriente que contienen oxígeno. Una extremadamente alta razón de área de superficie de mata líquida (4) respecto a su volumen da como resultado una alta tasa de oxidación. La oxidación del hierro produce óxidos de hierro que se combinan con los fundentes para formar escoria. Los parámetros de oxidación, cantidad oxígeno y temperatura pueden ser precisamente controlados por el flujo de aire enriquecido soplado a través de las toberas (2). Similarmente, Ia dispersión de metal blanco (7) en el lecho empacado de granos cerámicos del segundo reactor incrementa el área superficial de reacción que con el oxígeno inyectado por toberas (10) en contracorriente al flujo de líquido da como resultado en una muy alta tasa de oxidación del sulfuro de cobre formando cobre blister. La temperatura del reactor puede ser controlada de manera precisa por el flujo de aire inyectado.
Esta invención tiene las siguientes ventajas comparado con los métodos tradicionales de conversión de mata de cobre:
Los costos de inversión son significativamente más bajos debido al pequeño tamaño de los reactores para Ia misma capacidad de producción;
Los requerimientos de mano de obra son menores debido al modo de operación totalmente continuo;
Las condiciones de seguridad de los operadores son mejoradas como resultado de Ia disminución del trabajo expuesto a alta temperatura;
Un control de proceso más preciso debido a Ia pequeña inercia del sistema. El grado de oxidación de Ia mata, temperatura de Ia mata y escoria pueden ser mantenidos de manera precisa en un estrecho rango de operación;
No hay transporte de productos líquidos por grúa ni formación de productos sólidos a retornar al proceso;
El grado de remoción de impurezas es alto debido al desarrollo del área superficial, Io que permite una mejor calidad del cobre blister;
Las emisiones fugitivas de dióxido de azufre e impurezas volátiles son drásticamente disminuidas por Ia fácil hermetización de los reactores debido a Ia condición estacionaria de éstos.
Esta invención tiene las siguientes ventajas comparado con los métodos existentes de conversión continua de mata de cobre:
Los costos de inversión son significativamente más bajos debido al pequeño tamaño de los reactores para Ia misma capacidad de producción;
La continuidad de Ia producción puede ser asegurada con dos líneas paralelas de reactores, uno en operación, el segundo en mantención ó en espera, gracias al bajo costo de Ia construcción de éstos;
El uso de escorias de olivina saturadas con MgO en el caso de usar ladrillos de descarte de cromo magnesita permite disminuir Ia corrosión del refractario en los reactores; El uso de toberas inyectado aire enriquecido en oxígeno directamente en Ia porosidad del lecho empacado no produce destrucción del refractario en Ia zona de toberas;
Un control de proceso más preciso debido a Ia pequeña inercia del sistema. El grado de oxidación de Ia mata, temperatura de Ia mata y escoria pueden ser mantenidos de manera precisa en un estrecho rango de operación;
EJEMPLO N 0 I.
Mata de cobre de un 73% - 75% de Cu fluye continuamente por una canal desde el orificio de sangrado del Convertidor Teniente al primer reactor de oxidación (3) a una tasa de 20 t/h. Se sopla 3900 Nm 3 /h de aire los que son inyectados vía toberas (2) dentro del lecho empacado. Sobre éste se cargan continuamente fundente de cuarzo, 0.68 t/h, y cal, 0,36 t/h. Los gases de salida contienen 11% de SO 2 y 5% de O 2 siendo transferidos continuamente al sistema de limpieza de gases y planta de ácido. La escoria (1) conteniendo 6% de Cu, 40% de Fe, 15% de CaO y 30% de SiO 2 es sangrada continuamente a una tasa de 2,4 t/h. Desde el bloque sifón fluye metal blanco (7) a una tasa de 18,3 t/h a una canal al segundo reactor de oxidación de sulfuro de cobre (9). En éste último el aire
soplado, 13.800 Nm 3 /h enriquecido en oxígeno (24% de O 2 ) se inyecta al lecho empacado en contracorriente al metal blanco. El gas de salida (8), 17.470 Nm 3 /h, conteniendo 17,3% de SO 2 y 5,2% de O 2 se transfiere al sistema de limpieza de gases hacia Ia planta de ácido. El cobre blister producido (11), conteniendo 3000 ppm de O 2 y 5000 ppm de S fluye a través de un bloque sifón vía canal al horno de refino a fuego de cobre.
EJEMPLO N 0 2.
Mata sólida de cobre (73% - 75% de Cu), con un tamaño de grano de 20 - 50 mm se alimenta sobre Ia superficie del lecho empacado de un reactor de oxidación (3) a una tasa de 20 t/h junto con fundentes, cal (0,36 t/h) y sílice (0,68 t/h) (6). Al lecho empacado vía toberas (2) se inyecta aire soplado 2400 Nm 3 /h enriquecido en oxígeno (85% de 02). Los gases de salida de éste reactor (5) contienen 80% de SO 2 y 4% de O 2 , siendo transferidos al sistema de limpieza de gases. La escoria (1) conteniendo 16% de Cu, 33% de Fe, 13% de CaO y 30% de SiO 2 es continuamente extraída a una tasa de 2,6 t/h. Metal blanco y cobre blister (7), 16,1 t/h, fluyen por el bloque sifón a una canal hacia un segundo reactor (9). En éste se sopla por toberas (10), 6750 Nm 3 /h, de aire enriquecido en oxígeno (24% de O 2 ) que es inyectado al lecho empacado de granos cerámicos. El gas de salida (8), 8920 Nm 3 /h, conteniendo 18,4% de SO 2 y 5,3% de O 2 se transfiere al sistema de limpieza de gases y a Ia planta de ácido. El cobre blister producido (11), conteniendo 3000 ppm de O 2 y 5000 ppm de S fluye a través de un bloque sifón vía canal al horno de refino a fuego de cobre.