DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS CURSO MI 51 A CONVERTIDOR TENIENTE Primavera 2007 Gabriel Riveros 2007

PROCESOS PIROMETALÚRGICOS Y DIAGRAMAS DE FLUJO EN LA PRODUCCIÓN DE COBRE CONCENTRADO DE COBRE//FUNDENTE//OXIGENO FUSION A MATA FUSION DIRECTA A BLISTER Mata Escoria Blister Escoria CONVERSION CONVERSION BATCH CONTINUA Blister Escoria Blister Escoria REFINACION A FUEGO LIMPIEZA DE ESCORIA Anodos Escoria Mata / AleaciónCu Escoria de Descarte

CONCENTRADO DE COBRE FUSION 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 , O b b 2 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 2 O , As, Sb, Bi, Zn , Pb BLISTER : Cu 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

DIAGRAMA DE FLUJO DE LA FUNDICION CALETONES 1977 – 1988 FUSION CALENTAMIENTO Y FUSION EN BAÑO

FUSION DE CONCENTRADO EN BAÑO - PROCESO TENIENTE 1977-1988

CONVERTIDOR TENIENTE CONFIGURACION ACTUAL 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 DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA TENIENTE 1977 - 2007 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1988 1992 2004 2006 Concentrado Fundido, tpd Autógeno Conc. Seco sin Eje O2 33 – 35 % Inyección Concentrado Fase Densa Fase Diluida Proyección Enriquecimiento Oxígeno 35 a 37 % CT CALETONES (5x22 m) Programa Tecnológico CT FUREF

REACCIONES QUIMICAS DE LA TECNOLOGIA TENIENTE

MECANISMO DE FUSION DEL CONCENTRADO

MECANISMO DE FUSION DEL CONCENTRADO – MODELACION MATEMATICA

MECANISMO DE FUSION DEL CONCENTRADO – MODELACION MATEMATICA

MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA

MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA - DIAGRAMA DE FASES SiO2 – FeO – Fe2O3

MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA VISCOSIDAD A 1300 ºC CON DISTINTOS COMPONENTES

MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA DENSIDAD DE ESCORIAS INDUSTRIALES A 1200 ºC

MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA MICROFOTOGRAFIA DE ESCORIA DE CONVERTIDOR TENIENTE

CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS CONVERTIDORES TENIENTE DE LAS FUNDICIONES CHILENAS

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

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 Debido a 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

PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE BALANCES DE MASA Presentación Gráfica - Ejemplo Diagrama de Sankey

PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE 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 y cobre, 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.

PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE BALANCES DE MASA PARA UNA MASA DESCONOCIDA DE PRODUCTOS Retornos Salida de Gas Concentrado de Cobre Recuperación de polvos Fundente Aire Mata Cobre Oxígeno Escoria 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 de Energía de la Capacidad Calórica 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 calorífica 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

Cambio Total de Entalpía 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

SISTEMA REGLAS GENERALES LEY DE CONSERVACIÓN DE ENERGÍA 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

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 superficie, 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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