DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS

Presentación del tema: "DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS"— Transcripción de la presentación:

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

2 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

3 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

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

5 FUSION DE CONCENTRADO EN BAÑO - PROCESO TENIENTE 1977-1988

6 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

7 Concentrado Fundido, tpd
DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA TENIENTE 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

8 REACCIONES QUIMICAS DE LA TECNOLOGIA TENIENTE

9 MECANISMO DE FUSION DEL CONCENTRADO

10 MECANISMO DE FUSION DEL CONCENTRADO – MODELACION
MATEMATICA

11 MECANISMO DE FUSION DEL CONCENTRADO – MODELACION
MATEMATICA

12 MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA

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

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

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

16 MECANISMO DE FORMACION DE ESCORIA
MICROFOTOGRAFIA DE ESCORIA DE CONVERTIDOR TENIENTE

17 CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS CONVERTIDORES TENIENTE DE LAS FUNDICIONES CHILENAS

18 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

19 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

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

21 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.

22 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

23 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 = 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

24 Cambio Total de Entalpía
PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE BALANCES DE ENERGIA CALOR DE REACCIÓN 3 FeS O2 = Fe3O SO2 Cambio Total de Entalpía Temperatura de reactantes: 298 K Temperatura de productos para DH = 0 : K Temperatura de productos K : DH = MJ/mol

25 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

26 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..x 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 = W/m2 K

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