Conversión CPS

Conversión de Matas de Cobre Mata de Fusión contiene Cu, Fe y S con un 3% de O disuelto Mata contiene, As, Bi, Ni, Pb, Sb, Zn y metales preciosos La Mata fundida a 1100ºC es cargada a los convertidores para “convertirla” a Cu blister Oxidación del Cu2S + FeS a Cu 99%, con Aire (o Aire $) CPS sopla por toberas sumergidas

Materias Primas Mata (Cu2S + FeS) Aire $ Fundente silíceo Materiales ricos en Cu Mata recirculada “reverts” Chatarra de Cobre (Scrap)

Productos Cobre Blister a Pirorefinación Escoria de Hierro Silicato que se envía a recuperación de Cu Gases ricos en SO2 EL CALOR PARA CONVERSION ES SUMINISTRADO ENTERAMENTE POR OXIDACION DE Fe Y S, ES DECIR, EL PROCESO ES AUTOTERMICO

Composiciones

Química del Proceso Reacción Global Cu2S+FeS+O2+SiO2=2FeOSiO2+Fe3O4+SO2 Formación de Escoria FeS+3/2O2 = FeO+ SO2 ∆Hº=-0.51 MJ/mol 3FeS+5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Soplado a Cobre Cu2S+3/2O2=Cu2O+SO2 ∆Gº=-0.23 MJ/mol Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 ∆Gº=-0.05 MJ/mol Cu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Gº=-0.02 MJ/mol Cu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Hº=-0.22 MJ/mol

Etapas del Proceso La conversión ocurre en dos etapas química y físicamente distintas Ambas etapas involucran el soplado de aire dentro de la fase fundida

Etapa de Formación de Escoria FeS es oxidado a FeO, Fe3O4 y SO2(g) Punto Fusión FeO es 1385ºC Punto Fusión Fe3O4 es 1597ºC Se agrega SiO2 para que se combine con el FeO que junto con Fe3O4 forman la escoria líquida Fin de la etapa ocurre cuando FeS en mata es < % Escoria fayalítica 2FeOSiO2 saturada con Fe3O4 es vaciada varias veces El producto principal de esta etapa es “Metal Blanco”, Cu2S liquido impuro

Etapa de Formación de Cobre El S remanente es oxidado a SO2 El Cu no es oxidado apreciablemente por el aire hasta que esta prácticamente libre de S El Cu blister producto de la Conversión es bajo tanto en S como en O 0.02 % - 0.1 % S, 200 – 1000 ppm 0.5 % a 0.8 % O, 5000 a 8000 ppm

Operación La mata se agrega al convertidor en 2 o más etapas Cada etapa es seguida por la oxidación de la mayoría del FeS de la carga La escoria resultante se descarga después de cada etapa de oxidación, seguido de una nueva carga de mata Se agrega mata nueva hasta que el nivel de MB sea el adecuado para la etapa de soplado a cobre El Cu2S es soplado a Cu Blister La etapa de soplado a Cu finaliza cuando comienza a aparecer oxido de Cu

Termodinámica El soplado de aire dentro de la mata fundida resulta en una oxidación preferencial del FeS a FeO y Fe3O4 Cualquier Cu2O que se forme será resulfurizado a Cu2s por la reacción FeS(l) + Cu2O(l,e) = FeO(l,esc) + Cu2S(l) Gº1200ºC = -30 kcal/mol FeS K = aFeO  aCu2S/aFeS  aCu2O = 104 Esto es FeS sulfidizara al Cu2O casi  completo Cuando FeS es removido durante la etapa aFeS disminuye y existe una tendencia a una alta aCu2O (o concentración) en las escorias Si se forma Cu idem FeS(l) + 2Cu (l) +1/2O2 = FeO(l,esc) + Cu2S(l) Gº1200ºC = -43 kcal/mol FeS

Formación de Magnetita Ante la oxidación del FeS el oxido estable es Fe3O4. Aunque el Fe3O4 es deseable para proteger refractario su exceso lleva a una escoria viscosa y atrapamiento de Cu La tendencia a formación o reducción de Fe3O4 esta dada por 3Fe3O4 + FeS(l,m) = 10FeO(l,e) + SO2(g) Gº = 162000 – 92.1T, K1200ºC = 10-4 La formación de Fe3O4 disminuye disolviendo el FeO en una escoria 2FeOSiO2 lo cual disminuye aFeO y desplaza la R.Q. a la derecha

Prevención de Magnetita Para prevenir Fe3O4 sólida: aFeO debe disminuir a 0.6 aFeS = 0.5 y pSO2 = 0.1 “fijos”. Esto se alcanza con una escoria que contiene 20-30 SiO2 y 70-80% FeO La formación se vuelve severa hacia el final de la etapa, pues existe poco FeS La escoria final contiene 10-20% de su peso como Fe3O4 sólida La mejor practica de conversión es mantener FeS hasta la ultima etapa de soplado a escoria Una alta temperatura es favorable por: SiO2 y FeO se combinan mejor Aumenta solubilidad Reacción se desplaza a la derecha

Operaciones Industriales CPS: 4 m D x 9-11 m L Coraza Acero 5 cm + ½ m Ladrillo 300-600 tpd mata producen 100-400 Flujo de Aire $ (29%) 600 Nm3/min 50-60 toberas de 4-6 cm D (Gaspé) 10-15 Nm3/min/tobera a 80-120 m/s, a mayor salpicaduras Soplado a Escoria 6% SO2 y; Soplado a Cobre 8% SO2 Tratamiento de Gases idem CT

Control de la Temperatura FeS+3/2O2=FeO+SO2 ∆Hº=-0.51 MJ/mol Cu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Hº=-0.22 MJ/mol Aumentando o disminuyendo $ O2 Aumentando o disminuyendo la tasa de soplado alterando la tasa de oxidación de Fe y S. Ajustando adición “revert” y chatarra Tº mata in = 1150ºC Escoria vaciada = 1120ºC Cu Blister final = 1200ºC Obj: Rápida formación Esc y fluida

Medición Temperatura

Control Escoria y Fundente Licuar FeO (1385ºC) y Fe3O4 (1597ºC) formados con SiO2 (cuarzo) %SiO2Esc/%FeEsc = ½

Tasa Formación de Escoria Fundente se agrega por boca o “gar gun” Se agrega “a la par” formación FeO Tamaño fundente es 1 a 5 cm de D Alta temperatura de operación Alimentación estable de SiO2 pequeña y lisa Tobera sumergida en la mata (no escoria = sobreoxidación) Fuerte mezclamiento en CPS Fundente reactivo (alto % cuarzo Hexag y no Tridimita Ortorrómbico)

$ O2 en soplado CPS Soplado fijo tasa oxidación aumenta Aumenta concentración SO2 Disminuye N2 “refrigerante”, implica Mayores Tº`s aun para matas de alta ley (bajo FeS) Rápido calentamiento CPS y sus contenidos Fundir “refrigerantes” de valor, scrap, reverts ricos en Cu (-) erosión punta tobera (29%)

Productividad (tpd Cu) Los principales factores que determinan la tasa de producción son Ley del eje Tasa de soplado La cantidad de aire requerido disminuye al aumentar la ley del eje

Maximizar Productividad (tpd Cu) Cargar eje de alta ley (bajo FeS) Soplar a máxima tasa (limpia tobera) $ O2 tanto como sea posible Maximizar eficiencia utilización O2 (sumergir tobera tanto como sea posible (aumenta TR), menos N2 y más O2) Maximizar campaña CPS

Fusión de Concentrados Inyección de concentrado seco por toberas Aumenta capacidad fundición sin mayor inversión o agrandar hornos Alarga el soplado y aumenta la remoción de Bi y Sb Se genera SO2 del concentrado que se perdería en fusión (HR, He)

Maximizar Campaña CPS 15000 a 50000 de campaña Reemplazo refractario toberas (2 semanas) Mejores Refractarios Alimentar Mata de Alta Ley Mejorar medición y control de la temperatura