Metalurgia y Materiales Universidad Técnica Federico Santa María Departamento Ciencia Materiales ILC-204 Metalurgia y Materiales Metalurgia y Materiales Segundo semestre 2007 Fotografía: rajo principal minera Escondida, región de Antofagasta Chile. Profesor: Mauricio Narváez E-mail: mauricio.narvaez@usm.cl

Objetivos VISUALIZAR IMPORTANCIA DE INDUSTRIA METALÚRGICA Y DE MATERIALES. COMPRENDER EL FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS DEL ÁREA. RELACIONAR LAS VARIABLES E INFLUENCIAS BÁSICAS QUE GOBIERNAN LA CALIDAD Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS Y NO METÁLICOS.

Contexto de la asignatura METALURGIA EN CHILE Esquema general de los procesos Descripción de las alternativas de procesamiento MATERIALES DE INGENIERÍA Procesos de fabricación Propiedades y usos

Contenidos METALURGIA EXTRACTIVA: BENEFICIO DE MINERALES, PROCESOS DEL COBRE Y DEL ACERO. PROCESOS DE FABRICACIÓN: FUNDICIÓN, CONFORMADO, PULVIMETALURGIA Y COMPUESTOS. MATERIALES: SELECCIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. MATERIALES METÁLICOS, POLIMÉRICOS Y CERÁMICOS.

Bibliografía Material de apoyo de las clases (presentaciones) y CD complementario. WEB: www.cmat.utfsm.cl/mcabrera/mym Biswas and Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, 3ª Ed.1994. Askeland D.; La Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 3ª Ed. 1998. Callister W.; Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed Reverté, 1995. Smith W.; Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, 3ª Ed, McGraw Hill, 1998.

Certámenes y Quices Evaluación: 3 certámenes = 80% Certamen 1. Fecha a definir con otros paralelos Certamen 2. Fecha a definir con otros paralelos Certamen 3. Fecha a definir con otros paralelos • Promedio Quiz (20%, promedio de al menos 5 controles). • Certamen recuperativo global en caso de: Alguna nota en certámenes menor a 45 Falta a uno de los certámenes (no requiere justificación) Promedio final menor a 55 Promedio final superior a 40 Toda la materia y reemplaza la peor nota o la que faltó

Cómo nos comunicamos…? http://enco.dcsc.utfsm.cl/moodle/ Entrar con correo electrónico USM y clave personal o como invitado mientras la consigue si no la tiene DEBE usar clave entregada por profesor (metalurgia)

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Metalurgia La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, incluyendo la producción de aleaciones.

Minería en Chile, norte grande Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

Minería en Chile, norte chico Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

Minería en Chile, centro sur Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

Minería en Chile, extremo sur Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

Proyección de inversiones Una inversión global de Mill US$ 13.090 se estima materializar en la minería chilena del cobre y del oro, en el período 2006 – 2010.

Chuquicamata en Viña del Mar

Chuquicamata Profundidad: Largo: 1000 mt 4.500 mt Ancho: 3.000 mt

Minería de tamaño mundial

Minería de tamaño mundial

Calendario de Puesta en Marcha de Principales Proyectos

Importancia de Chile sobre el cobre Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.

Principales productores de cobre en Chile Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.

Principales productores de cobre en Chile Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.

Minería chilena es más que cobre Metales AÑO 2006 Cobre (miles de TM de fino) 5.360,8 Molibdeno (TM de fino) 43.277,6 Oro (Kg de fino) 42.100,0 Plata (Kg de fino) 1.607.164,0 Plomo (TM de fino) 672,0 Zinc (TM de fino) 36.238,0 Hierro (TM de mineral) 8.628,2 Manganeso (TM de mineral) 37.169,0 No Metales (TM) AÑO 2006 Carbonato de Calcio 7.145.280,0 Cloruro de Sodio 4.580.471,0 Nitratos 1.111.771,0 Plumicita 1.423.144,0 Recursos Silíceos 1.081.352,0 Yeso 845.331,0 Chile, es un actor relevante en el concierto mundial en las reservas, producción y exportación de molibdeno, oro, plata y renio, entre otros productos mineros. Combustibles AÑO 2006 Carbón (TM netas) 673.744,0 Petróleo Crudo (Metros Cúbicos) 168.701,0 Gas Natural (millones Metros Cúbicos) 2.199,0

Introducción al proceso del cobre El cobre se encuentra en Yacimientos, en forma de Minerales de Mina (ROM), formando compuestos o ESPECIES MINERALÓGICAS… “SULFUROS Y OXIDOS” CuFeS2; Cu2S; CuO; Cu2O; CuCO3Cu(OH)2… Las leyes de Cu de los minerales que ameritan la explotación dependen del precio del metal, con los valores actuales los yacimientos rentables son los con leyes superiores al 0,6%... Dependiendo del proceso a seguir Calcopirita CuFeS2 Cuprita Cu2O Malaquita CuCO3Cu(OH)2

Tratamiento minerales sulfurados de cobre  PIROMETALURGIA Los minerales “Sulfurados” – CuFeS2 (calcopirita) siguen la secuencia: Beneficio de Minerales: chancado, molienda y separación de la especie. Se obtiene un CONCENTRADO El CONCENTRADO se Funde, Convierte y Refina para obtener Cobre Refinado – ANODO o Cu RAF (Refinado a fuego): ETAPA TERMOMETALURGICA El RAF – en la forma de ANODO se ELECTROREFINA para la obtención de CÁTODOS (99,9%Cu) En la etapa de Concentración (en el Beneficio de Minerales) , específicamente en la flotación, es posible obtener MoS2 como suproducto. Éste se transforma a MoO3 mediante una tostación oxidante a 800°C. EL MoO3 al refinarse (purificarse) genera otro subproducto relevante… RENIO. CHILE ES EL PRINCIPAL PRODUCTOR MUNDIAL DE MOLIBDENO y no produce Mo metálico… Igual caso con el Renio… En la etapa TERMOMETALURGICA de tratamiento de los concentrados se elimina el S y Fe de los minerales sulfurados por tratamiento de OXIDACIÓN El azufre es eliminado como SO2 (gas), que debe ser atrapado y transformado en ACIDO SULFURICO para no producir contaminación del aire… Otro aspecto relevante son los desechos de la etapa de concentración… los RELAVES, que representa más del 95% del todo el mineral molido (tamaño del orden de 20-40 micrones)… Los concentrados representan menos del 5% de todo el mineral molido

Beneficio de Minerales Chancado (mm) Molienda (micrones) Concentración (separación CuFeS2 y MoS2) Mineral sulfurado ROM Ley 1,2% Tratamiento MoS2 Tostación oxidante 800°C (MoO3) Refinación Electrorefinación MoO3 refinado Renio.. SO2 (gas) recuperación a Planta de H2SO4 (liq) Relaves (pérdidas Cu y Mo) Fe3O4 Sale a través de ESCORIA con algo de Cu oxidado Cu Catódico 99,9% Au, Ag, Te… En planta metales nobles Termometalurgia (1250°C) Fusión (Eje - Mata; Metal Blanco) Conversión por oxidación (Cu Blister) Refinación (Cu RAF, 99%Cu))

Importancia de los subproductos

Tratamiento minerales oxidados de cobre  HIDROMETALURGIA Los minerales que contiene especies oxidadas y algunos sulfuros (tipo Cu2S calcosita) pueden disolverse “facilmente” al ser atacados por soluciones acusas con ácido sulfúrico disuelto. Estos minerales siguen el procesamiento: Chancado (a tamaños del orden de mm) y posterior eventual aglomeración (peletización) LX=LIXIVIACIÓN. Etapa de disolución del Cu. Se obtiene solución acuosa con el cobre disuelto (5 g/l de cobre en solución). Se recupera del orden del 60% del Cu del mineral SX= Extracción por solventes. Etapa de purificación y concentración de la solución acuosa (50 g/l) EW= ElectroWining ó Electroobtención del Cu desde la solución líquida, precipitandola en cátodo. Se obtiene Cu catódico 99,99%Cu Esta tecnología aún a pesar de las menores recuperaciones es de menor costo… del orden de 25 ¢US$/lb de Cu; versus 45¢US$/lb hasta concentrado y del orden de 20 ¢US$/lb para la termometalurgia y refianción electrolítica.

SX : Extracción por Solventes FORMACIÓN DE PILAS Chancado (mm) Eventual aglomeración Formación de Pilas, cerros… LX : LIXIVIACIÓN Ataque de mineral por solución acuosa con H2SO4 disuelto Mineral oxidado ROM Ley 0,6% EW : ElectroWining Obtención de Cu depositado mediante electrólisis Descarte de Mineral con Cu sin disolver Cu Catódico ElectroObtenido 99,9% SX : Extracción por Solventes Etapa de purificación de solución acuosa

Precio del cobre y otros metales Disminución precio del cobre debido a: Aumento de inventarios, baja de la demanda China. Proyecciones lo estiman en 2 US$/lb

Resumen breve del proceso del cobre Alternativas de procesamiento según tipo de Minerales con leyes sobre 0,6%Cu… Minerales que contienen CALCOPIRITA (CuFeS2) Beneficio de Minerales (obtiene concentrado: 30-45%Cu) Termometalurgia (obtiene ánodos) Electrorefinación (obtiene cátodos) Minerales que contienen “OXIDOS” y Algunos Sulfuros. PROCESAMIENTO HIDROMETALÚRGICO: LX-SX-EW Conminución (reducción de tamaño). Lixiviación (con súlfuros es con ayuda de bacterias). LX Extracción por Solventes. SX Electroóbtención o Electrowinning. EW Con ambas alternativas de producción se obtienen cátodos de cobre (99,99%Cu)

Formato de venta del cobre

Resumen de temas Importancia de la Minería del Cu Concepto de Minerales, yacimientos, leyes, estéril, ganga, especies mineralógicas (fases)… Valores de Cu, subproductos… Alternativas de procesamiento en Minería del Cobre… Objetivo: Involucrarse con temática de curso, disponer del CD, revisar página WEB con actualizaciones, consultar ayudante…y profesor Objetivo principal… Aprovechar la instancia del ramo para aprender los aspectos básicos y en el fúturo GENERAR PROYECTOS EN EL ÁREA

Precio-Costo

Metalurgia y Materiales Universidad Técnica Federico Santa María Departamento Ciencia Materiales ILC-204 Metalurgia y Materiales Metalurgia y Materiales Fotografía: espesadores concentradora Laguna Seca minera Escondida, región de Antofagasta Chile. Segundo semestre 2007 Profesor: Gerardo Hernández A. E-mail: gerardo.hernandez@usm.cl