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PIROMETALURGICA-EVALUACION 2
1.Dar una explicación Técnica de la Extracción de metales no
ferrosos (Cobre, Zinc ) a nivel Nacional
PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL COBRE.
El proceso de obtención del cobre dependerá del tipo de mineral que estemos
extrayendo. En un yacimiento de cobre podemos encontrar dos tipos de
minerales, los sulfurados que se ubican mayoritariamente en profundidad y los
oxidados que se ubican cerca de la superficie, los primeros se tratan por un
proceso denominado piro metalurgia y los segundos por otro proceso
denominado hidrometalurgia.
Hablaremos de la extracción del cobre por el proceso pirometalúrgico
Corresponde a la separación de los minerales sulfurados de cobre y
otros elementos como el molibdeno. Mediante la molienda se reduce
el tamaño de las rocas que contienen el mineral. Luego realizamos
la flotación que es un proceso físico-químico que permite separar los
minerales sulfurados de cobre.
En la flotación La pulpa proveniente de la molienda, se introduce en
unas piscinas llamadas celdas de flotación. Se hace burbujear aire y
se mantiene la mezcla en constante agitación para formar abundante espuma.
El cobre reacciona en forma hidrofóbica (huye del agua) y se adhiere a la
espuma, la que posteriormente se debe secar para que se obtenga como
resultado el concentrado de cobre que ya tiene una pureza del 30% y es llevado
al proceso de fundición.
El concentrado del cobre seco se introduce en hornos a
altísimas temperaturas (1.200 ºCelsius), lo que permite
separarlo de otros minerales como fierro (Fe) o azufre (S),
El cobre que se obtiene de la fundición se lleva a unos
moldes (ánodos), alcanzando una pureza de 99,5%.
Los ánodos son llevados a unas piscinas que tienen una solución de agua y ácido
sulfúrico. Allí se sumergen, instalando al frente de cada uno de ellos, una lámina
de cobre muy delgada (cátodo). Se aplica corriente continua de baja intensidad
y el cobre de alta pureza que está instalado en el ánodo, comienza a ser atraído
por el cátodo y se va depositando en éste. Al cabo de unas semanas, se obtiene
un cátodo de cobre, con una pureza del 99,99%.
PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL ZINC
Blenda de zinc
La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentrados
de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas.
Tostación
La tostación del concentrado se realiza en tres hornos, del tipo denominado de
lecho fluido. Se trata de una tostación a muerte. En esta fase, el concentrado se
tuesta con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido
de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico
(H2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de
tostación. Tras la tostación obtenemos el metal por vía hidrometalurgia.
Lixiviación
consiste en la disolución del elemento a extraer, mediante el empleo de medios
acuosos ácidos o básicos. El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se
disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación
neutra y lixiviación ácida.
2.¿Como podemosentender las Afinidades de los metales con el
oxígeno, azufre, nitrógeno, y cloro?
OXIGENO
La afinidad de los elementos por el oxígeno crece desde los metales nobles a
los metales cuyos óxidos son refractarios.
Esta afinidad disminuye a medida que sube la temperatura, excepto el carbono.
2C+O2 = 2CO
En consecuencia, la metalurgia de los óxidos consistirá en reducir un óxido a
metal con carbono, un gas o mediante otro metal que posea una mayor afinidad
por el oxígeno.
AZUFRE
Los metales como el cobre, níquel, cobalto, y fierro tienen poca afinidad por el
azufre. El zinc, aluminio y manganeso tienen una afinidad media. Los sulfuros de
los metales alcalinos y alcalinos térreos son los más estables.
Los metales como el CuS, FeS2 y sus sulfuros inferiores como el Cu2S y FeS a
temperatura relativamente baja, inferiores a 450°C se descomponen en azufre.
Las afinidades de los metales por el azufre en general más pequeñas que sus
afinidades por el oxígeno.
2MS +O2 = 2MO + S2
Para metales que tienen el mismo número de oxidación en los sulfuros y en los
óxidos tenemos:
2M + O2 = 2MO / 2M + S2 = 2MS
La afinidad relativa de los metales por el oxígeno y el azufre no varía mucho con
la temperatura.
La diferencia de afinidad por el oxígeno y azufre es pequeña, para el cobre y el
plomo.
El hidrógeno y el carbón, tiene una afinidad muy superior por el oxígeno que por
el azufre. En consecuencia, se puede emplearse estos elementos para reducir
óxidos a metal, pero no sulfuros a metal.
El sodio y los metales alcalinos son los únicos metales cuya afinidad por el azufre
es mayor que por oxígeno.
En la afinidad del azufre por el oxígeno, tenemos la formación del dióxido y
trióxido:
S2 + O2 = 2SO2 / S2 + O2 = 2SO3
Hasta cerca de 800 °C es mas estable el SO3, sobre esta temperatura los es el
SO2.
En la oxidación de un sulfuro, la energía libre estándar de la reacción será
siempre negativa.
2MS + 3º2 = 2MO + SO2.
CLORO
Algunos cloruros son volátiles a temperaturas medias (TiCl3, Cu2Cl2, FeCl2).
Los cloruros de carbono y de hidrógeno, contrariamente a los óxidos tienen una
energía libre estándar de formación muy pequeña, por eso el carbón y el
hidrógeno no pueden ser empleados como reductores de cloruros.
El aluminio forma 2 cloruros: el tricloruro de aluminio AlCl3, y el subcloruro AlCl,
mucho más volátil que el primero.
El sodio, calcio y manganeso tienen una afinidad mayor por el cloro que por el
oxígeno, mientras que para el manganeso, silicio y titanio ocurre lo contrario.
2MO + 2Cl2 = 2(MCl2) + O2.
NITRÓGENO
A pesar de que no existen minerales en forma de nitruros, el estudio de estos es
importante, porque en todos los procesos metalúrgicos que emplean aire
(tostación, refinación) hay riesgos de contaminación de los metales con
nitrógeno.
El hidrógeno, fierro y molibdeno tienen poca afinidad por el N2, mientras que el
titanio y zirconio tiene afinidades muy grandes.
El titanio y el zirconio se emplean como agentes denitrurantes de aceros, en
reactores donde se debe evitar la más mínima huella de N2.
En estos casos se utiliza el aluminio, debido a su menor costo frente al zirconio
o titanio.
Como podemos ver la mayoría de los metales tienen afinidad con el oxígeno
nitrógeno azufre y el cloro.
3.Fundamentar los Procesos generales que se cuenta
actualmente en la obtención de metales no ferroso.
La mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza combinados con
otros elementos, formando minerales metálicos.
El primer paso en la obtención del metal consiste en localizar y extraer el mineral,
que normalmente se encuentra en el subsuelo. A esta etapa corresponden los
trabajos de minería. Para la extracción de los minerales se debe realizar primero
un estudio del lugar en donde se ubica la materia prima para, posteriormente,
proceder a la excavación del área en forma de minas subterráneas o a cielo
abierto con la ayuda de grandes máquinas. En ocasiones, los metales se
mezclan con otros compuestos para formar aleaciones. Como los minerales
metálicos están mezclados con otros materiales, hay que triturar la roca extraída
para separar el mineral metálico del resto de materiales.
Una vez obtenido el mineral metálico, es necesario separar el metal que contiene
del resto de componentes. Esta separación se realiza mediante diferentes
procesos siderúrgicos o metalúrgicos (conjunto de industrias que se encargan
de la extracción y trasformación de los minerales metálicos).
La mayoría de los productos están
fabricados por aglomeración de partículas.
Las materias primas para estos productos
varían, dependiendo de las propiedades
requeridas por la pieza de cerámica
terminada. Las partículas y otros
constituyentes tales como aglutinantes y
lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos
que no necesitan tener propiedadesmuy «criticas» tales como ladrillos comunes,
tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los
ingredientes con agua es una práctica común. Para otros materiales cerámicos,
las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos.
4.Explicar los Diagramas de Ellingham y Kellong y su utilidad en
el los procesos pirometalúrgicos
DIAGRAMAS DE KELLOGG
Los diagramas de estabilidad de los sistemas M –O – S, llamados también
diagramas de predominancia de áreas, muestra zonas o áreas definidas, dentro
de las cuales es predominante, es decir estable, cierta especie, en función
depresiones parciales y temperatura. Estos diagramas tienen particular
importancia en metalurgia extractiva, porque conociéndoles, se puede llegar a
establecer el proceso a seguirse en cierto tipo de concentrado. Las áreas
predominantes, en función de presiones y temperatura, darán pautas para
determinar si el proceso conveniente será una tostación: sulfatante, oxidante,
tostación – reducción, etc., o una reducción directa, o reducción previa oxidación
de sulfuros, o tostación seguida de lixiviación, etc. Las líneas muestran los
equilibrios bivariantes y los puntos muestran equilibrios univariantes (equilibrios
entre tres fases). Para una estequiometria de reacción dada, la forma de la
expresión de equilibrio es la misma para todos los metales, solo los valores de
las constantes de equilibrio K, son distintos de metal a metal. Las líneas que se
obtienen representan el límite de estabilidad termodinámico. El área que queda
entre las líneas se va a llamar área de predominancia o de estabilidad de fase
en particular.
DIAGRAMAS DE ELLINGHAM
Un diagrama de Ellingham es un diagrama que muestra la dependencia de la
estabilidad de los compuestos con la temperatura. Este análisis se utiliza
generalmente para evaluar la facilidad de reducción de óxidos y sulfuros de
metales. Estos diagramas fueron construidos por primera vez por Harold
Ellingham en 1944. En metalurgia, los diagramas de Ellingham se utilizan para
predecir la temperatura de equilibrio entre un metal, su óxido y el oxígeno, y, por
extensión, las reacciones de un metal con azufre, nitrógeno, y otros
elementos no metálicos. Los diagramas son útiles para predecir las condiciones
en las que un mineral metálico será reducido al metal
5.Dar una explicación técnica de las Operaciones básicas de:
Tostación, Fundición, Fusión, El método de Segregación.
TOSTACION
Tostación, se realiza en un Horno, a alta temperatura se hace reaccionar el
mineral con el Oxígeno a fin de separar el Azufre y se puede obtener dependiendo
de la temperatura y las condiciones como gas, Dióxido de Azufre, en general se
busca aprovechar el Azufre (p. ej. fabricar H2SO4 o regular las condiciones para
formar un Sulfato del metal) resulta un proceso muy ingenioso, no se utilizan
equipos muy complicados pero sí ha sido necesario un profundo conocimiento de
la materia prima y del efecto del calor (la reacción de oxidación del Azufre es
exotérmica) sobre ésta para diseñar un proceso industrial que soluciona los
problemas que las impurezas en el material de partida provocan
FUNDICION
Los procesos de fundición del metal se dividen en dos categorías de acuerdo al
tipo de moldes 1) moldes desechables y 2) moldes permanentes. En las
operaciones de fundición con molde desechable, éste se destruye para remover
la parte fundida, como se requiere un nuevo molde por cada nueva fundición, las
velocidades de producción son limitadas, ya que se requiere mas tiempo para
hacer el molde que para la fundición en si, sin embargo, para ciertas partes se
pueden producir moldes y fundiciones a velocidades de 400 partes por hora o
mayores. En los procesos de moldeo permanente, el molde se fabrica con metal
(u otro material durable) que permite usarlos en repetidas operaciones de
fundición. En consecuencia, estos procesos tienen una ventaja natural para
mayores velocidades de producción.
FUSION
El proceso de fusión de la materia es el mismo que el de fundición, pero este
último término se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se
licúan a altas temperaturas, y a sólidos cristalinos. Cuando una sustancia se
encuentra a su temperatura de fusión, el calor que se suministra es absorbido por
la sustancia durante su transformación, y no produce variación de su temperatura.
Este calor adicional se conoce como calor de fusión. El término fusión se aplica
también al proceso de calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución
líquida simple.
6.¿Qué Nuevas tecnologías y procesos Pirometalúrgicos se
disponen actualmente?
En el marco de la estrategia para el desarrollo del negocio de fundición y
refinería, se realiza la validación en División Chuquicamata de innovaciones en
sensores para instrumentar hornos de fusión con el propósito de mejorar el
control del proceso de fusión. Este desarrollo se transfiere a División El
Teniente el que será implementado en 2015. En el año se elabora el Programa
de innovación tecnológica para las fundiciones de Codelco. Además, en
respuesta a la nueva normativa ambiental, se desarrolla un plan de acción para
cada una de las fundiciones de la empresa, para dar cumplimiento a la nueva
normativa ambiental. Codelco establece un acuerdo de colaboración con la
empresa china Dongying Fangyuan Copper Industry Company Ltd. En el marco
de esta alianza, se realizan pruebas con reactivos de la empresa china en la
refinería de Chuquicamata, durante 2014.
En el ámbito de los procesos pirometalúrgicos, se apoyó el análisis preliminar
de nuevas tecnologías emergentes para fundición, como el Bottom Blowing
Furnace. Adicionalmente, se colaboró en el proceso para cumplir con la nueva
norma de emisiones para fundiciones. También se trabajó en el análisis de
nuevos procesos que forman parte de proyectos estructurales de Codelco,
como el procesamiento de la calcina proveniente del tostador de concentrados
de División Ministro Hales. Además, se realizaron diferentes proyectos
orientados a mejorar el desempeño de convertidor Teniente. En el período
finalizó la validación industrial del sensor de detección de fases en reactores
pirometalúrgicos en el convertidor Teniente de División Chuquicamata.
7.¿Dar una explicacióndetallada de las escorias formadasen los
procesos de obtención de Cobre Ampolloso?
Las escorias de fundición se forman partir de los óxidos presentes en la carga
del horno y de los óxidos de Fe que se forman durante la fundición, siendo
principalmente mezclas de silicatos fundidos y otros metales oxidados y son
clasificados como escorias extractivas y escorias de refinación.
Las escorias extractivas son mezclas de oxisilicatos fundidos formados de la
ganga de los minerales asociados con el concentrado, más la adición de
fundentes que permitan obtener una mezcla fluida a baja temperatura de fusión,
es buena aclarar que las escoria no tienen un punto de fusión sino un rango de
temperatura de fusión. Las gangas silicosas requieren fundentes básicos como
el CaO o el FeO, mientras que las gangas calcáreas pueden ser fluidizadas con
sílica (arena).
Las escorias de refinación son mezclas especialmente preparadas para
desarrollar las operaciones de refinación y están ideadas para absorber
impurezas, suministrar especies reactivas como el oxígeno al baño metálico,
para promover las reacciones interfaciales, etc.
• Las escorias de interés en la fundición de sulfuros son las escorias
extractivas, sin embargo, en algunos casos las escorias extractivas
pueden actuar como escorias de refinación, por ejemplo, las escorias
formadas de las gangas oxidadas y silicatadas sirven como receptoras de
impurezas si se usa un fundente apropiado.
• Las escorias producidas en la fundición de cobre están principalmente
conformadas por FeO y SiO2 en una proporción nominal de 2:1 (como
fayalita 2FeO.SiO2), los otros componentes, tales como el CaO, Al2O3,
MgO, etc están presentes en cantidades menores.
• Las escorias de fundición, en promedio, contienen:
• Fe (como FeO, Fe2O3) de 30 a 40%, SiO2 (de los fundentes, escoria de
convertidor reciclado o de ambos) de 35 a 40%, CaO hasta 10% y Al2O3
hasta 10%.
• Las escorias de la fundición de cobre pueden contener de 0.3 a 1.0% de
Cu, dependiendo de parámetros como:
a. El sistema del horno de fundición
b. Presión parcial del O2 ( ver 3.9. Formación Mata – Escoria)
c. Grado de mata (ver figura siguiente)
d. Composición de la escoria
e. Temperatura del horno
• La característica física más sobresaliente de las escorias es su alta
viscosidad, que varía de 500 a 2000 cP, comparadas a las de las matas
(10 cP) y el cobre líquido (3 cP). La presencia de magnetita sólida o sílice
sólida en exceso aumenta aún más la viscosidad de la escoria.
• Las escorias líquidas son iónicas y se componen de cationes como el
Ca+2, Fe+2, Mg+2, Fe+3, aniones como O-2, 𝑆𝑖𝑂4
−4
y las cadenas grandes y
anillos de silicatos. Las escorias de fundición se clasifican en básicas,
neutras y ácidas, en función a su contenido de sílice. La estructura de las
escorias básicas es simple y son fluidas, mientras que las ácidas se
componen por grandes iones complejos y su viscosidad es alta.
• Una buena escoria debe tener las siguientes propiedades:
a. Tener bajo costo
b. Alta fluidez para asegurar una buena separación mata – escoria
c. Bajo punto de fusión
d. Bajo peso específico para permitir una rápida segregación entre la fase
mata y la escoria.
8.¿Como podemos tratar los Residuos anódicos en la
recuperación del Oro, ¿Teluro, entre otros?
En el tratamiento hidrometalúrgico del lodo anódico de la electrólisis del cobre y
materias primas semejantes, que además de obtenerse Ag y Au pueden
contener una serie de otros metales, un ejemplo para el tratamiento es el de la
plata-Ag el producto de partida se suspende con ácido clorhídrico y se añade
una solución de hipoclorito sódico. Mediante esta clorización directa, que no
daña el medio ambiente, se disuelven y separan del lodo anódico mediante
filtración, el Au, los metales de platino, Se, Te y otros, mientras que la Ag es
transformada en AgCl y permanece en el resto del lodo.
De este se saca disolviendo la plata mediante extracción con amoniaco, la
disolución de Ag(NH3)2Cl obtenida se mezcla con enlaces CuI o polvo de cobre
o polvo de bronce, el Ag+ se precipita cuantitativamente en metal Ag y tras
filtrado, lavado y secado es fundido en metal Ag, mientras el filtrado se mezcla
con hidróxido de calcio, el amoniaco se recupera mediante la destilación y la
torta de filtración obtenida tras la filtración es llevada de nuevo al proceso
metalúrgico.
El presente invento se refiere a un procedimiento hidrometalúrgico para el
tratamiento del lodo anódico de la electrolisis del cobre y otras materias primas
semejantes, materias primas que pueden contener además de plata uno o más
de los elementos Pb, Au, metales del platino Se, Te, Sb, Sn, As, Bi, Cu, Ni, Zn,
Fe, así como sulfatos, cloruros y ácido silícico entre otros, en el que se usa el
hipoclorito sódico en presencia del ´ácido clorhídrico.
El lodo anódico producido en la refinación del cobre contiene, según la
procedencia de los ánodos, cantidades variables de plata, oro, platino, paladio,
selenio, teluro, arsénico, antimonio, cobre, níquel, plomo y otros. La función
principal del tratamiento del lodo anódico es la separación y obtención de los
metales valiosos.
Actualmente se utilizan diferentes procedimientos para el tratamiento.
En los procedimientos usuales los lodos son disgregados piro metalúrgicamente
en un horno de llama (procedimiento de copelación) y la plata anódica obtenida
se sigue tratando electroquímicamente. Estos procedimientos tienen una serie
de desventajas esenciales. Sobre todo el gran coste en trabajo, tiempo y energía
de la fundición en horno de llama, con muchas cargas de escoria que absorben
muchos metales nobles, y que necesita para su elaboración circulaciones
internas. Solo los procedimientos más recientes fases de proceso químico en
húmedo y pirometalúrgico.

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Evaluacion 2

  • 1. PIROMETALURGICA-EVALUACION 2 1.Dar una explicación Técnica de la Extracción de metales no ferrosos (Cobre, Zinc ) a nivel Nacional PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL COBRE. El proceso de obtención del cobre dependerá del tipo de mineral que estemos extrayendo. En un yacimiento de cobre podemos encontrar dos tipos de minerales, los sulfurados que se ubican mayoritariamente en profundidad y los oxidados que se ubican cerca de la superficie, los primeros se tratan por un proceso denominado piro metalurgia y los segundos por otro proceso denominado hidrometalurgia. Hablaremos de la extracción del cobre por el proceso pirometalúrgico Corresponde a la separación de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno. Mediante la molienda se reduce el tamaño de las rocas que contienen el mineral. Luego realizamos la flotación que es un proceso físico-químico que permite separar los minerales sulfurados de cobre. En la flotación La pulpa proveniente de la molienda, se introduce en unas piscinas llamadas celdas de flotación. Se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante agitación para formar abundante espuma. El cobre reacciona en forma hidrofóbica (huye del agua) y se adhiere a la espuma, la que posteriormente se debe secar para que se obtenga como resultado el concentrado de cobre que ya tiene una pureza del 30% y es llevado al proceso de fundición. El concentrado del cobre seco se introduce en hornos a altísimas temperaturas (1.200 ºCelsius), lo que permite separarlo de otros minerales como fierro (Fe) o azufre (S), El cobre que se obtiene de la fundición se lleva a unos moldes (ánodos), alcanzando una pureza de 99,5%. Los ánodos son llevados a unas piscinas que tienen una solución de agua y ácido sulfúrico. Allí se sumergen, instalando al frente de cada uno de ellos, una lámina
  • 2. de cobre muy delgada (cátodo). Se aplica corriente continua de baja intensidad y el cobre de alta pureza que está instalado en el ánodo, comienza a ser atraído por el cátodo y se va depositando en éste. Al cabo de unas semanas, se obtiene un cátodo de cobre, con una pureza del 99,99%. PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL ZINC Blenda de zinc La principal materia prima de la fábrica de zinc está constituida por concentrados de sulfuro de zinc, procedentes de diferentes minas. Tostación La tostación del concentrado se realiza en tres hornos, del tipo denominado de lecho fluido. Se trata de una tostación a muerte. En esta fase, el concentrado se tuesta con aire, formándose óxido de zinc (ZnO), denominado calcine, y dióxido de azufre gaseoso (SO2), que posteriormente se transforma en ácido sulfúrico (H2SO4) una vez enfriado y purificado el gas que sale de los hornos de tostación. Tras la tostación obtenemos el metal por vía hidrometalurgia. Lixiviación consiste en la disolución del elemento a extraer, mediante el empleo de medios acuosos ácidos o básicos. El zinc y los otros metales contenidos en la calcine se disuelven en ácido sulfúrico diluido, en dos etapas de lixiviación: lixiviación neutra y lixiviación ácida. 2.¿Como podemosentender las Afinidades de los metales con el oxígeno, azufre, nitrógeno, y cloro? OXIGENO La afinidad de los elementos por el oxígeno crece desde los metales nobles a los metales cuyos óxidos son refractarios. Esta afinidad disminuye a medida que sube la temperatura, excepto el carbono. 2C+O2 = 2CO
  • 3. En consecuencia, la metalurgia de los óxidos consistirá en reducir un óxido a metal con carbono, un gas o mediante otro metal que posea una mayor afinidad por el oxígeno. AZUFRE Los metales como el cobre, níquel, cobalto, y fierro tienen poca afinidad por el azufre. El zinc, aluminio y manganeso tienen una afinidad media. Los sulfuros de los metales alcalinos y alcalinos térreos son los más estables. Los metales como el CuS, FeS2 y sus sulfuros inferiores como el Cu2S y FeS a temperatura relativamente baja, inferiores a 450°C se descomponen en azufre. Las afinidades de los metales por el azufre en general más pequeñas que sus afinidades por el oxígeno. 2MS +O2 = 2MO + S2 Para metales que tienen el mismo número de oxidación en los sulfuros y en los óxidos tenemos: 2M + O2 = 2MO / 2M + S2 = 2MS La afinidad relativa de los metales por el oxígeno y el azufre no varía mucho con la temperatura. La diferencia de afinidad por el oxígeno y azufre es pequeña, para el cobre y el plomo. El hidrógeno y el carbón, tiene una afinidad muy superior por el oxígeno que por el azufre. En consecuencia, se puede emplearse estos elementos para reducir óxidos a metal, pero no sulfuros a metal. El sodio y los metales alcalinos son los únicos metales cuya afinidad por el azufre es mayor que por oxígeno. En la afinidad del azufre por el oxígeno, tenemos la formación del dióxido y trióxido: S2 + O2 = 2SO2 / S2 + O2 = 2SO3
  • 4. Hasta cerca de 800 °C es mas estable el SO3, sobre esta temperatura los es el SO2. En la oxidación de un sulfuro, la energía libre estándar de la reacción será siempre negativa. 2MS + 3º2 = 2MO + SO2. CLORO Algunos cloruros son volátiles a temperaturas medias (TiCl3, Cu2Cl2, FeCl2). Los cloruros de carbono y de hidrógeno, contrariamente a los óxidos tienen una energía libre estándar de formación muy pequeña, por eso el carbón y el hidrógeno no pueden ser empleados como reductores de cloruros. El aluminio forma 2 cloruros: el tricloruro de aluminio AlCl3, y el subcloruro AlCl, mucho más volátil que el primero. El sodio, calcio y manganeso tienen una afinidad mayor por el cloro que por el oxígeno, mientras que para el manganeso, silicio y titanio ocurre lo contrario. 2MO + 2Cl2 = 2(MCl2) + O2. NITRÓGENO A pesar de que no existen minerales en forma de nitruros, el estudio de estos es importante, porque en todos los procesos metalúrgicos que emplean aire (tostación, refinación) hay riesgos de contaminación de los metales con nitrógeno. El hidrógeno, fierro y molibdeno tienen poca afinidad por el N2, mientras que el titanio y zirconio tiene afinidades muy grandes. El titanio y el zirconio se emplean como agentes denitrurantes de aceros, en reactores donde se debe evitar la más mínima huella de N2. En estos casos se utiliza el aluminio, debido a su menor costo frente al zirconio o titanio.
  • 5. Como podemos ver la mayoría de los metales tienen afinidad con el oxígeno nitrógeno azufre y el cloro. 3.Fundamentar los Procesos generales que se cuenta actualmente en la obtención de metales no ferroso. La mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos, formando minerales metálicos. El primer paso en la obtención del metal consiste en localizar y extraer el mineral, que normalmente se encuentra en el subsuelo. A esta etapa corresponden los trabajos de minería. Para la extracción de los minerales se debe realizar primero un estudio del lugar en donde se ubica la materia prima para, posteriormente, proceder a la excavación del área en forma de minas subterráneas o a cielo abierto con la ayuda de grandes máquinas. En ocasiones, los metales se mezclan con otros compuestos para formar aleaciones. Como los minerales metálicos están mezclados con otros materiales, hay que triturar la roca extraída para separar el mineral metálico del resto de materiales. Una vez obtenido el mineral metálico, es necesario separar el metal que contiene
  • 6. del resto de componentes. Esta separación se realiza mediante diferentes procesos siderúrgicos o metalúrgicos (conjunto de industrias que se encargan de la extracción y trasformación de los minerales metálicos). La mayoría de los productos están fabricados por aglomeración de partículas. Las materias primas para estos productos varían, dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza de cerámica terminada. Las partículas y otros constituyentes tales como aglutinantes y lubricantes pueden ser mezclados en seco o húmedo. Para productos cerámicos que no necesitan tener propiedadesmuy «criticas» tales como ladrillos comunes, tuberías para alcantarillado y otros productos arcillosos, la mezcla de los ingredientes con agua es una práctica común. Para otros materiales cerámicos, las materias primas son tierras secas con aglutinantes y otros aditivos. 4.Explicar los Diagramas de Ellingham y Kellong y su utilidad en el los procesos pirometalúrgicos DIAGRAMAS DE KELLOGG Los diagramas de estabilidad de los sistemas M –O – S, llamados también diagramas de predominancia de áreas, muestra zonas o áreas definidas, dentro de las cuales es predominante, es decir estable, cierta especie, en función depresiones parciales y temperatura. Estos diagramas tienen particular importancia en metalurgia extractiva, porque conociéndoles, se puede llegar a establecer el proceso a seguirse en cierto tipo de concentrado. Las áreas predominantes, en función de presiones y temperatura, darán pautas para determinar si el proceso conveniente será una tostación: sulfatante, oxidante, tostación – reducción, etc., o una reducción directa, o reducción previa oxidación de sulfuros, o tostación seguida de lixiviación, etc. Las líneas muestran los equilibrios bivariantes y los puntos muestran equilibrios univariantes (equilibrios entre tres fases). Para una estequiometria de reacción dada, la forma de la
  • 7. expresión de equilibrio es la misma para todos los metales, solo los valores de las constantes de equilibrio K, son distintos de metal a metal. Las líneas que se obtienen representan el límite de estabilidad termodinámico. El área que queda entre las líneas se va a llamar área de predominancia o de estabilidad de fase en particular. DIAGRAMAS DE ELLINGHAM Un diagrama de Ellingham es un diagrama que muestra la dependencia de la estabilidad de los compuestos con la temperatura. Este análisis se utiliza generalmente para evaluar la facilidad de reducción de óxidos y sulfuros de metales. Estos diagramas fueron construidos por primera vez por Harold Ellingham en 1944. En metalurgia, los diagramas de Ellingham se utilizan para predecir la temperatura de equilibrio entre un metal, su óxido y el oxígeno, y, por extensión, las reacciones de un metal con azufre, nitrógeno, y otros
  • 8. elementos no metálicos. Los diagramas son útiles para predecir las condiciones en las que un mineral metálico será reducido al metal 5.Dar una explicación técnica de las Operaciones básicas de: Tostación, Fundición, Fusión, El método de Segregación. TOSTACION Tostación, se realiza en un Horno, a alta temperatura se hace reaccionar el mineral con el Oxígeno a fin de separar el Azufre y se puede obtener dependiendo
  • 9. de la temperatura y las condiciones como gas, Dióxido de Azufre, en general se busca aprovechar el Azufre (p. ej. fabricar H2SO4 o regular las condiciones para formar un Sulfato del metal) resulta un proceso muy ingenioso, no se utilizan equipos muy complicados pero sí ha sido necesario un profundo conocimiento de la materia prima y del efecto del calor (la reacción de oxidación del Azufre es exotérmica) sobre ésta para diseñar un proceso industrial que soluciona los problemas que las impurezas en el material de partida provocan FUNDICION Los procesos de fundición del metal se dividen en dos categorías de acuerdo al tipo de moldes 1) moldes desechables y 2) moldes permanentes. En las operaciones de fundición con molde desechable, éste se destruye para remover la parte fundida, como se requiere un nuevo molde por cada nueva fundición, las velocidades de producción son limitadas, ya que se requiere mas tiempo para hacer el molde que para la fundición en si, sin embargo, para ciertas partes se pueden producir moldes y fundiciones a velocidades de 400 partes por hora o mayores. En los procesos de moldeo permanente, el molde se fabrica con metal (u otro material durable) que permite usarlos en repetidas operaciones de fundición. En consecuencia, estos procesos tienen una ventaja natural para mayores velocidades de producción. FUSION El proceso de fusión de la materia es el mismo que el de fundición, pero este último término se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se licúan a altas temperaturas, y a sólidos cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusión, el calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformación, y no produce variación de su temperatura. Este calor adicional se conoce como calor de fusión. El término fusión se aplica también al proceso de calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución líquida simple.
  • 10. 6.¿Qué Nuevas tecnologías y procesos Pirometalúrgicos se disponen actualmente? En el marco de la estrategia para el desarrollo del negocio de fundición y refinería, se realiza la validación en División Chuquicamata de innovaciones en sensores para instrumentar hornos de fusión con el propósito de mejorar el control del proceso de fusión. Este desarrollo se transfiere a División El Teniente el que será implementado en 2015. En el año se elabora el Programa de innovación tecnológica para las fundiciones de Codelco. Además, en respuesta a la nueva normativa ambiental, se desarrolla un plan de acción para cada una de las fundiciones de la empresa, para dar cumplimiento a la nueva normativa ambiental. Codelco establece un acuerdo de colaboración con la empresa china Dongying Fangyuan Copper Industry Company Ltd. En el marco de esta alianza, se realizan pruebas con reactivos de la empresa china en la refinería de Chuquicamata, durante 2014. En el ámbito de los procesos pirometalúrgicos, se apoyó el análisis preliminar de nuevas tecnologías emergentes para fundición, como el Bottom Blowing Furnace. Adicionalmente, se colaboró en el proceso para cumplir con la nueva norma de emisiones para fundiciones. También se trabajó en el análisis de nuevos procesos que forman parte de proyectos estructurales de Codelco, como el procesamiento de la calcina proveniente del tostador de concentrados de División Ministro Hales. Además, se realizaron diferentes proyectos orientados a mejorar el desempeño de convertidor Teniente. En el período finalizó la validación industrial del sensor de detección de fases en reactores pirometalúrgicos en el convertidor Teniente de División Chuquicamata. 7.¿Dar una explicacióndetallada de las escorias formadasen los procesos de obtención de Cobre Ampolloso? Las escorias de fundición se forman partir de los óxidos presentes en la carga del horno y de los óxidos de Fe que se forman durante la fundición, siendo principalmente mezclas de silicatos fundidos y otros metales oxidados y son clasificados como escorias extractivas y escorias de refinación.
  • 11. Las escorias extractivas son mezclas de oxisilicatos fundidos formados de la ganga de los minerales asociados con el concentrado, más la adición de fundentes que permitan obtener una mezcla fluida a baja temperatura de fusión, es buena aclarar que las escoria no tienen un punto de fusión sino un rango de temperatura de fusión. Las gangas silicosas requieren fundentes básicos como el CaO o el FeO, mientras que las gangas calcáreas pueden ser fluidizadas con sílica (arena). Las escorias de refinación son mezclas especialmente preparadas para desarrollar las operaciones de refinación y están ideadas para absorber impurezas, suministrar especies reactivas como el oxígeno al baño metálico, para promover las reacciones interfaciales, etc. • Las escorias de interés en la fundición de sulfuros son las escorias extractivas, sin embargo, en algunos casos las escorias extractivas pueden actuar como escorias de refinación, por ejemplo, las escorias formadas de las gangas oxidadas y silicatadas sirven como receptoras de impurezas si se usa un fundente apropiado. • Las escorias producidas en la fundición de cobre están principalmente conformadas por FeO y SiO2 en una proporción nominal de 2:1 (como fayalita 2FeO.SiO2), los otros componentes, tales como el CaO, Al2O3, MgO, etc están presentes en cantidades menores. • Las escorias de fundición, en promedio, contienen: • Fe (como FeO, Fe2O3) de 30 a 40%, SiO2 (de los fundentes, escoria de convertidor reciclado o de ambos) de 35 a 40%, CaO hasta 10% y Al2O3 hasta 10%. • Las escorias de la fundición de cobre pueden contener de 0.3 a 1.0% de Cu, dependiendo de parámetros como: a. El sistema del horno de fundición b. Presión parcial del O2 ( ver 3.9. Formación Mata – Escoria) c. Grado de mata (ver figura siguiente) d. Composición de la escoria
  • 12. e. Temperatura del horno • La característica física más sobresaliente de las escorias es su alta viscosidad, que varía de 500 a 2000 cP, comparadas a las de las matas (10 cP) y el cobre líquido (3 cP). La presencia de magnetita sólida o sílice sólida en exceso aumenta aún más la viscosidad de la escoria. • Las escorias líquidas son iónicas y se componen de cationes como el Ca+2, Fe+2, Mg+2, Fe+3, aniones como O-2, 𝑆𝑖𝑂4 −4 y las cadenas grandes y anillos de silicatos. Las escorias de fundición se clasifican en básicas, neutras y ácidas, en función a su contenido de sílice. La estructura de las escorias básicas es simple y son fluidas, mientras que las ácidas se componen por grandes iones complejos y su viscosidad es alta. • Una buena escoria debe tener las siguientes propiedades: a. Tener bajo costo b. Alta fluidez para asegurar una buena separación mata – escoria c. Bajo punto de fusión d. Bajo peso específico para permitir una rápida segregación entre la fase mata y la escoria. 8.¿Como podemos tratar los Residuos anódicos en la recuperación del Oro, ¿Teluro, entre otros? En el tratamiento hidrometalúrgico del lodo anódico de la electrólisis del cobre y materias primas semejantes, que además de obtenerse Ag y Au pueden contener una serie de otros metales, un ejemplo para el tratamiento es el de la plata-Ag el producto de partida se suspende con ácido clorhídrico y se añade una solución de hipoclorito sódico. Mediante esta clorización directa, que no daña el medio ambiente, se disuelven y separan del lodo anódico mediante filtración, el Au, los metales de platino, Se, Te y otros, mientras que la Ag es transformada en AgCl y permanece en el resto del lodo. De este se saca disolviendo la plata mediante extracción con amoniaco, la disolución de Ag(NH3)2Cl obtenida se mezcla con enlaces CuI o polvo de cobre o polvo de bronce, el Ag+ se precipita cuantitativamente en metal Ag y tras
  • 13. filtrado, lavado y secado es fundido en metal Ag, mientras el filtrado se mezcla con hidróxido de calcio, el amoniaco se recupera mediante la destilación y la torta de filtración obtenida tras la filtración es llevada de nuevo al proceso metalúrgico. El presente invento se refiere a un procedimiento hidrometalúrgico para el tratamiento del lodo anódico de la electrolisis del cobre y otras materias primas semejantes, materias primas que pueden contener además de plata uno o más de los elementos Pb, Au, metales del platino Se, Te, Sb, Sn, As, Bi, Cu, Ni, Zn, Fe, así como sulfatos, cloruros y ácido silícico entre otros, en el que se usa el hipoclorito sódico en presencia del ´ácido clorhídrico. El lodo anódico producido en la refinación del cobre contiene, según la procedencia de los ánodos, cantidades variables de plata, oro, platino, paladio, selenio, teluro, arsénico, antimonio, cobre, níquel, plomo y otros. La función principal del tratamiento del lodo anódico es la separación y obtención de los metales valiosos. Actualmente se utilizan diferentes procedimientos para el tratamiento. En los procedimientos usuales los lodos son disgregados piro metalúrgicamente en un horno de llama (procedimiento de copelación) y la plata anódica obtenida se sigue tratando electroquímicamente. Estos procedimientos tienen una serie de desventajas esenciales. Sobre todo el gran coste en trabajo, tiempo y energía de la fundición en horno de llama, con muchas cargas de escoria que absorben muchos metales nobles, y que necesita para su elaboración circulaciones internas. Solo los procedimientos más recientes fases de proceso químico en húmedo y pirometalúrgico.