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Conversión

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

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Presentation Transcript

  1. Conversión CPS

  2. 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

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

  4. 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

  5. Composiciones

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. Medición Temperatura

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

  18. 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)

  19. $ 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%)

  20. 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

  21. 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

  22. 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)

  23. 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

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