DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS ENAMI CATEDRA DE PIROMETALURGIA UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS ENAMI CATEDRA DE PIROMETALURGIA CURSO MI 51 A CONVERTIDOR TENIENTE Rev 1 – Primavera 2005 Gabriel Riveros 2003

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Revisión de los procesos pirometalúrgicos y diagramas de flujo en la producción de cobre Concentrado de Cobre FUSION A MATA FUSION DIRECTA A BLISTER Mata Escoria Blister Escoria CONVERSION CONVERSION BATCH CONTINUA Blister Escoria Blister Escoria REFINACION LIMPIEZA DE ESCORIA A FUEGO Anodos Escoria Mata / AleaciónCu Escoria de Descarte

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS CONCENTRADO DE COBRE Minerales de cobre Ganga Calcopirita: CuFeS 2 Cuarzo: SiO Bornita: Cu 5 FeS 4 Dolomita: CaCO 3 MgCO Calcocina: Cu S Aluminatos: SiO *Al2O Pirita: Impurezas: As, Sb, Bi, Zn, Pb Metales Preciosos.: Ag, Au, Pt FUSION FUSION MATA FUSION DIRECTABLISTER CONVERSION A MATA ESCORIA: Fe SiO , Fe O CaO , MgO , Al , Cu (Cu S-FeS) , Cu O , As, Sb, Bi, Zn , Pb METAL BLANCO: Cu As, Sb, Bi, Zn , Pb SEMI-BLISTER: S, Ag, Au, Pt BLISTER: Cu MATA: S - FeS , Polvo Ducto As,Sb,Zn,Pb Gas Salida SO , CO , O Fundente: Fundente SiO 2 Fundente: Fundente: SiO 2 CaO TERMINACION SEMI-BLISTER Polvo Ducto Gas Salida Polvo Ducto Gas Salida Gas Salida As,Sb,Zn,P SO 2 , O 2 As,Sb,Zn,P SO 2 , O 2 SO 2 , O b b 2 ESCORIA: Fe 2 SiO 4 , Fe 3 O 4 , ESCORIA: CaO* Fe 2 O 3 , Cu 2 O Cu (Cu 2 S-FeS) , Cu BLISTER : Cu 2 O , As, Sb, Bi, Zn , Pb As, Sb, Bi, Zn , Pb S, As, Sb, Bi, Zn , Pb BLISTER : Cu BLISTER : Cu S, As, Sb, Bi, Zn , Pb S, As, Sb, Bi, Zn , Pb REFINACION A FUEGO

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS FUSION CONCENTRADO - PROCESOS EN BAÑO PROCESO TENIENTE

Toberas Inyección Concentrado Seco Toberas Aire Soplado Alimentación húmeda: Carga Fría Fundente (Cuarzo) Carbón Gases Aire y oxígeno Metal Blanco 75% Cu Escoria Toberas Inyección Concentrado Seco Concentrado inyección Toberas Aire Soplado

Concentrado Fundido, tpd 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1988 1992 2004 2006 Concentrado Fundido, tpd Autógeno Conc. Seco sin Eje Enriquecimiento Oxígeno 33 a 35 % Inyección Concentrado Fase Densa Fase Diluida Proyección Oxígeno 35 a 37 % CT CALETONES (5x22 m) Programa Tecnológico CT FUREF

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de masa y calor Reglas Generales 1. Ley de Conservación de la Materia 2. Ley de Conservación de la Energía SISTEMA ENTRADA SALIDA (ACUMULACION) Los balances de materiales pueden ser escritos en términos de masa total moles totales masa de una especie en particular moles de una especie en particular masa de una especie atómica moles de especies atómicas Para un proceso en estado - estable continuo la acumulación = 0 ENTRADA = SALIDA

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de masa Definición de “SISTEMA” - Principio de “CAJA NEGRA” Retornos Salida de gases Concentrado de Cobre Recuperación de polvos Fundente Aire Mata de Cobre Oxígeno Escoria Balance de Masa Total: mconc + mfund + mretornos+ maire+ moxígeno - mmata - mescoria - m polvo - mgas = Dmescoria + Dmmata A causa que el proceso es continuo no hay estado estacionario de entrada y salida de materiales y debe estar referido a una unidad de tiempo. Dmesc , Dmmata - acumulación de escoria y mata en el CT Balance de masa de Cobre: mconc %Cuconc + mretornos %Curetornos - mmata %Cumat - mescoria %Cuesc - m polvo %Cupolvo = Dmescoria %Cuescoria + Dmmata %Cumata

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de masa Presentación Gráfica - Diagrama de Sankey

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de masa balance de masa para una masa desconocida de productos Retornos Salida de Gas Concentrado de Cobre Recuperación de polvos Fundente Aire Mata Cobre Oxígeno Escoria Suposiciones y procedimiento: 1. La masa de polvos es conocida como un porcentaje de la alimentación, 2. La composición química de los productos es conocida, 3. La masa de la escoria y mata de cobre es calculada por la comparación del balance de fierro ycobre, 4. Masa de cobre se verifica por el balance de sílice, 5. Para saber la utilización de oxígeno, la masa de gases de salida se calcula basado en los balances de azufre y oxígeno, 6. La acumulación de mata de cobre y escoria es conocida. mconc %Cuconc + mretor %Curetor - mmata %Cumata - mesc %Cuesc - m polvo %Cupolvo = Dmesc %Cuesc + Dmmata %Cumata mconc %Feconc + mretor%Feretor - mmata %Femata - mesc %Feesc - mpolvo %Fepolvo = Dmesc %Feesc + Dmmata %Femata

Balance simple de masa y energía UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de masa y energia Balance simple de masa y energía Balance de Energía de la Capacidad Calórica Promedio del valor de la capacidad calorífica en el rango de temperatura T1 - T2 El calor necesario para calentar una masa de mi de una especie i desde la temperatura T1 a T2 qi - calor, J , mi - masa de la especie i, kg , cp(i) - promedio de la capacidad calórifica de la especie i, J kg-1 K-1 , Ejemplo Encuentre el calor necesario para calentar y fundir 1 kg de cobre desde 500 K a 1500 K DHfusión = 13.14 kJ/mol Tfusión = 1357 K Cp(Cu s) = 17.3 kJ/mol Cp(Cu l) = 45.2 J/mol MWCu = 63.55 qCu = 1330 MJ

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Cambio Total de Entalpía UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de energia Calor de Reacción 3 FeS + 5 O2 = Fe3O4 + 3 SO2 Cambio Total de Entalpía Temperatura de reactantes: 298 K Temperatura de productos para DH = 0 : 4063 K Temperatura de productos 1473 K : DH = - 1.26 MJ/mol

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de energia Reglas Generales Ley de Conservación de Energía Pérdidas de Calor SISTEMA SALIDA Entalpía ENTRADA Entalpía (ACUMULACION) El balance de energía puede ser escrito en términos de: entalpía de todas las especies (fases) en la entrada y salida de materiales cambios relativos de entalpía de todas las especies con su masa y temperatura

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS Principios de construcción de balances de energia Pérdidas de Calor ENTRADA Entalpía SISTEMA SALIDA Entalpía (ACUMULACION) Las pérdidas de calor de reactores metalúrgicos pueden ser determinadas: desde el balance de energía flujo de calor a través de las paredes del horno calor transferido desde la carcaza del horno o del agente refrigerante ESCORIA ESCORIA TS Tp TS Tp Ta x1 x2 x3 x1 x2 x3 Qpérdido - flujo calor, W/m2 Ts - temperatura escoria, oC Tp - temperatura surperficie, oC x1..x3 - espesor refractarios, m k1.. k3 - conductividad, W/m K Ta - temperatura ambiente, oC kh - coeficiente transferencia calor escoria/refractario, W/m2 K kh(a) - coeficiente transferencia calor carcaza/aire = 20-100 W/m2 K

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS HSC - Balance de masa y energía de fusión de cobre en CT

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