proceso pirometalurgico de minerales de cobre

1. INTEGRANTES:
• Alvarez Uchuya, Aldhair
• Del Castillo García, Renata
• Guerra Núñez, Jairo
• Sevillano León, Alfredo
Facultad de ingeniería
Química y Petroquímica
Escuela Profesional de
Ingeniería Química

2. Cuando hablamos de pirometalurgia, se
nos viene a la mente una rama de la
metalurgia que se encarga de la
obtención y purificación de los metales,
a través de la utilización del calor.
Este proceso aplicado específicamente
en la refinación del Cobre, depende de
que el mineral sean sulfuros, cuyo
objetivo es transformar el cobre
contenido en los concentrados,
precipitados y minerales de fundición
directa en Cobre metálico y separarlo de
otros metales y minerales que
constituyen impurezas.

4. • Cuando concentramos cobre, en especial
durante el proceso de pirometalurgia, el
cobre puede ser liberado hacia el medio
ambiente.
• El Cobre en el aire permanecerá por un
periodo de tiempo eminente. Cuando
empieza a llover, este terminará
mayormente en los suelos, como resultado
los suelos pueden también contener grandes
cantidades de Cobre después de que esté
sea depositado desde el aire.
• El cobre puede interrumpir la actividad en el
suelo, provocando daños a la materia
orgánica existente y teniendo una influencia
negativa en la actividad de microorganismos
u otros seres vivos.
Plantas con intoxicación por Cobre

5. La metalurgia del cobre depende de que el mineral sean sulfuros, en cuyo caso se
utiliza la vía pirometalúrgica en la que se producen ánodos y cátodos, o que sean
óxidos, en cuyo caso se utiliza la vía hidrometalúrgica en la que se producen
directamente cátodos
Los minerales sulfurados son difícilmente solubles en soluciones ácidas, sin
embargo, pierden su estabilidad y son fácilmente oxidables a altas temperaturas,
aplicando pirometalurgia (concentración de Cobre superior al 3%) por vía seca.

6. Los sulfuros de Cobre contienen entre el 1 y el 12% de cobre; estos se muelen y se
concentran por flotación. Los concentrados se reducen en un horno, quedando
cobre metálico crudo, llamado blíster, aproximadamente del 98% de pureza. El
cobre crudo es posteriormente purificado por electrólisis, hasta una pureza
superior al 99,9%.

7. Es la técnica tradicional de extracción de
metales. Permite obtener metales a partir de
sus minerales o de sus concentrados por
medio del calor. Se trata principalmente de
extraer el metal del mineral, eliminar la ganga
del mineral y purificar los metales.
Para incrementar progresivamente la ley o
contenido de cobre del material sometido a
fundición, el proceso Pirometalúrgico
considera fases consecutivas de Fusión,
Conversión y Refinación.

8. PIROMETALURGIA: ventajas y desventajas
Ventajas Desventajas
 Velocidades de reacción muy
grandes.
 Altas producciones en reactores
relativamente pequeños.
 Apta para recibir alimentaciones
de minerales complejos.
 Idónea para alimentaciones
heterogéneas formadas por
minerales de diversa
procedencia.
 No apta para el tratamiento de
minerales pobres.
 Relativamente mala selectividad
y poca eficacia en las reacciones
químicas de separación.
 Procesos que transcurren, a
menudo en varias etapas.
 Problemas medioambientales
con los residuos gaseosos y el
ruido.

9. Para llevar a cabo la producción de
cátodos vía pirometalúrgica se debe
contar con los siguientes etapas:
• Concentración del mineral
• Etapas preparatorias (Secado
tostado)
• Fundición (Horno Fusión)
• Conversión
• Pirorefinación
• Refinería (Electrorefinería)

10. Si bien esta etapa no tiene carácter Pirometalúrgico, se le considera parte del
proceso porque acondiciona la materia prima para las posteriores etapas.
El mineral de sulfuro de cobre en la mina tiene un contenido entre el 0,5-0,2% de
cobre, por lo que hay que concentrarlo en la mina, mediante flotación, para su
transporte y uso final en la fundición.
Esta etapa se realiza en grandes instalaciones ubicadas lo más cerca posible de la
mina. Esta se subdivide en tres etapas fundamentales:
• Chancado
• Molienda
• Flotación

11. Se usan chancadores los cuales trituran la roca
mediante movimientos vibratorios, el objetivo
es reducir el tamaño de los fragmentos de casi
1m de diámetro hasta obtener una tamaño
uniforme de ½ pulgada (1.27cm)
En un molino de bolas se sigue reduciendo el
tamaño de las partículas hasta obtener una
granulometría máxima de 180 micrones, la que
permite finalmente la liberación de la mayor
parte de los minerales de cobre en forma de
partículas individuales.

12. Esta etapa consiste en que la pulpa proveniente de la molienda, que ya tiene
incorporados los reactivos, se introduce en las celdas de flotación. Desde el fondo
de las celdas se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante
agitación para que el proceso sea intensivo.
Las burbujas arrastran consigo los minerales sulfurados hacia la superficie, donde
rebasan por el borde de la celda hacia canaletas que conducen a estanques
especiales.

13. Como su nombre lo indica, son etapas cuya función es preparar la carga de
concentrados para las etapas posteriores. Aquí se agrupan las siguientes
etapas:
El concentrado proveniente de la planta se
almacena en canchas, desde donde se
obtienen muestras que son sometidas a
análisis de laboratorio.
También se debe dar el almacenamiento de
fundentes y otros insumos.

14. En esta etapa la humedad original del concentrado (6% a 8%) se reduce a niveles
que oscilan entre 0.2% a 0.3%.
Se usan secadores de calor donde el concentrado va reduciendo sus niveles de
humedad a medida que avanza dentro de un tambor metálico. En el interior
circula vapor a temperatura de 180°C, por un serpentín que permite la
transferencia de calor.

15. Consiste en la oxidación parcial de los
sulfuros del concentrado y de la
eliminación parcial del azufre de este
como SO2 y ocurre según reacciones
sólidos-gaseosas, a temperaturas de
500°C a 800°C.
La reacción más común en esta etapa,
es la siguiente:
2 Cu2S + 3O2 → 2 Cu2O + 2 SO2
Los hornos comúnmente empleados
son los hornos flash y los de
fluidización. Horno de tostación Flash

16. El concentrado de cobre se recibe en la Fundición, cuya primera etapa
industrial es el Horno de Fusión, donde se recupera el cobre, eliminando el
azufre y el hierro mediante oxidación en estado fundido a una temperatura
entre 1200 y 1400 º C.
En el horno el azufre se convierte en gas SO2, mientras que el cobre y el
hierro, conjuntamente con sílice procedente de la arena que se introduce en
el horno, permanecen en estado líquido. En esta fase líquida el cobre, por su
mayor densidad, se deposita en la parte inferior y se extrae del horno
formando parte de un producto que se denomina mata o eje de cobre, con
un contenido del 62% de cobre, mientras que la mezcla de hierro y sílice en
forma de silicato permanece en la parte superior del horno y se extrae en
forma de escoria con un contenido del 0,8% de cobre, 45% de hierro y 30% de
sílice.

17. La reacción de producción de mata y escoria podemos representarla por:
Concentrado + Fundentes + energía -----> Mata + Escoria + Gas
Donde:
Mata: Cu2, FeS, fundamentalmente
Escoria: FeO, Fe3O4, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Cu2O, otros
Gas: O2, SO2, N2, CO2, H2, H2O, otros.
o Debido a las altas temperaturas reinantes en el horno, el sulfuro doble de cobre y
hierro se desdobla.
2CuFeS2  Cu2 + FeS + S
o El óxido férrico es reducido a oxido ferroso por el sulfuro de hierro.
3 Fe2SO3 + FeS 7 FeO + SO2
o El óxido ferroso combinado con la sílice forma la escoria.
Feo + SiO2  FeOSiO2 (escoria)

19. El objetivo es incrementar la riqueza en cobre del producto, donde se le
somete a una gran oxidación adicional en un proceso discontinuo,
consiguiendo un producto intermedio denominado blíster con un contenido
en cobre del 99%.

20. La conversión se lleva a cabo en 2 fases:
Primeramente, el sulfuro ferroso (FeS) se oxida formando dióxido de azufre, el óxido
producido es escorificado formando un compuesto más estable, 2FeO.SiO2.
FeS(l) + 3/2O2(g) -----> FeO(l) + SO2(g)
En la segunda fase ocurre la oxidación del sulfuro cuproso (a 1200 °C), donde se forma
óxido cuproso, y tan pronto como se ha formado oxido cuproso, éste reacciona con el
sulfuro cuproso para formar cobre blíster y dióxido de Azufre (a 800°C).
Cu2S + 2O2 ------> 2CuO + SO2
Cu2S + 2CuO -----> 4Cu + SO2

21. La tecnología de conversión corresponde a Hornos Teniente.

22. El cobre blíster obtenido de la etapa de conversión aún
contiene impurezas y materiales valiosos, por lo que
debe ser refinado en los hornos anódicos.
La operación de los hornos de refinación es
cíclica (batch) y está constituida por las
siguientes etapas: Llenado, Oxidación,
Escoriado, Reducción y Vaciado.
Cada horno opera de forma secuencial, de
acuerdo con las cinco etapas mencionadas.

23. Completada la carga del horno, se inicia la etapa de oxidación, que permite remover
el sulfuro contenido en el blíster hasta un nivel de 50 ppm. Para tal efecto se inyecta
aire enriquecido con oxígeno durante 1.5 a 2 horas. Adicionalmente se renuevan
otras impurezas contenidas en el cobre blíster, dando lugar a la formación de una
escoria que se descarta por sangrado y posteriormente es recirculado.
Una vez limpio el cobre, se inicia la etapa de reducción del nivel de oxígeno presente
en el baño fundido, mediante la inyección de gas natural fraccionado con vapor de
aire. Así se obtiene cobre anódico con un contenido de cobre de un 99,6%.
La reacción general para esta etapa la podemos representar por:

24. El cobre anódico se extrae del horno de
ánodos por una canaleta cubierta, a la
rueda de moldeo que va girando,
produciéndose la solidificación del
ánodo fundido por contacto con el aire
ambiente.

25. Esta última etapa, al igual que la etapa de concentración, no tiene carácter
Pirometalúrgico, pero la tomamos en cuenta a modo de finalización del
proceso.
La refinación electrolítica es
una operación de recuperación
y purificación del cobre
contenido en el ánodo, se basa
en la aplicación de una
corriente que circula entre un
ánodo de cobre soluble y un
cátodo de cobre, ambos
inmersos en un electrolito
ácido de iones cúpricos