ConversiónConversión

CPS

Conversión de Matas de CobreConversión de Matas de Cobre

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

Materias PrimasMaterias Primas

Mata (Cu2S + FeS)

Aire $

Fundente silíceo Materiales ricos en CuMata recirculada “reverts”Chatarra de Cobre (Scrap)

ProductosProductos

Cobre Blister a PirorefinaciónEscoria de Hierro Silicato que se envía a recuperación de CuGases ricos en SO2

EL CALOR PARA CONVERSION ES SUMINISTRADO ENTERAMENTE POR OXIDACION DE Fe Y S, ES DECIR, EL PROCESO ES AUTOTERMICO

ComposicionesComposiciones

Química del ProcesoQuímica del Proceso

Reacción GlobalCu2S+FeS+O2+SiO2=2FeOSiO2+Fe3O4+SO2

Formación de EscoriaFeS+3/2O2 = FeO+ SO2 ∆Hº=-0.51 MJ/mol3FeS+5O2 = Fe3O4 + 3SO2

Soplado a CobreCu2S+3/2O2=Cu2O+SO2 ∆Gº=-0.23 MJ/molCu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 ∆Gº=-0.05 MJ/molCu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Gº=-0.02 MJ/molCu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Hº=-0.22 MJ/mol

Etapas del ProcesoEtapas del Proceso

La conversión ocurre en dos etapas química y físicamente distintasAmbas etapas involucran el soplado de aire dentro de la fase fundida

Etapa de Formación de EscoriaEtapa de Formación de Escoria

FeS es oxidado a FeO, Fe3O4 y SO2(g)

Punto Fusión FeO es 1385ºCPunto Fusión Fe3O4 es 1597ºCSe agrega SiO2 para que se combine con el FeO que junto con Fe3O4 forman la escoria líquidaFin de la etapa ocurre cuando FeS en mata es < %Escoria fayalítica 2FeOSiO2 saturada con Fe3O4 es vaciada varias vecesEl producto principal de esta etapa es “Metal Blanco”, Cu2S liquido impuro

Etapa de Formación de CobreEtapa 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 SEl Cu blister producto de la Conversión es bajo tanto en S como en O0.02 % - 0.1 % S, 200 – 1000 ppm0.5 % a 0.8 % O, 5000 a 8000 ppm

OperaciónOperación

La mata se agrega al convertidor en 2 o más etapasCada etapa es seguida por la oxidación de la mayoría del FeS de la cargaLa escoria resultante se descarga después de cada etapa de oxidación, seguido de una nueva carga de mataSe agrega mata nueva hasta que el nivel de MB sea el adecuado para la etapa de soplado a cobreEl Cu2S es soplado a Cu BlisterLa etapa de soplado a Cu finaliza cuando comienza a aparecer oxido de Cu

TermodinámicaTermodinámicaEl 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 reacciónFeS(l) + Cu2O(l,e) = FeO(l,esc) + Cu2S(l)

Gº1200ºC = -30 kcal/mol FeSK = aFeO aCu2S/aFeS aCu2O = 104

Esto es FeS sulfidizara al Cu2O casi completoCuando FeS es removido durante la etapa aFeS disminuye y existe una tendencia a una alta aCu2O (o concentración) en las escoriasSi se forma Cu idemFeS(l) + 2Cu (l) +1/2O2 = FeO(l,esc) + Cu2S(l)

Gº1200ºC = -43 kcal/mol FeS

Formación de MagnetitaFormación 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 CuLa tendencia a formación o reducción de Fe3O4 esta dada por3Fe3O4 + 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 2FeOSiO2 lo cual disminuye aFeO y desplaza la R.Q. a la derecha

Prevención de MagnetitaPrevención de Magnetita

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

1. SiO2 y FeO se combinan mejor2. Aumenta solubilidad3. Reacción se desplaza a la derecha

Operaciones IndustrialesOperaciones Industriales

CPS: 4 m D x 9-11 m LCoraza Acero 5 cm + ½ m Ladrillo300-600 tpd mata producen 100-400Flujo de Aire $ (29%) 600 Nm3/min50-60 toberas de 4-6 cm D (Gaspé)10-15 Nm3/min/tobera a 80-120 m/s, a mayor salpicadurasSoplado a Escoria 6% SO2 y;

Soplado a Cobre 8% SO2

Tratamiento de Gases idem CT

Control de la TemperaturaControl de la Temperatura

FeS+3/2O2=FeO+SO2 ∆Hº=-0.51 MJ/molCu2S+O2=2Cu+SO2 ∆Hº=-0.22 MJ/molAumentando o disminuyendo $ O2

Aumentando o disminuyendo la tasa de soplado alterando la tasa de oxidación de Fe y S.Ajustando adición “revert” y chatarraTº mata in = 1150ºCEscoria vaciada = 1120ºCCu Blister final = 1200ºC Obj: Rápida formación Esc y fluida

Medición TemperaturaMedición Temperatura

Control Escoria y Fundente

Licuar FeO (1385ºC) y Fe3O4 (1597ºC) formados con SiO2 (cuarzo)

%SiO2Esc/%FeEsc = ½

Tasa Formación de EscoriaTasa Formación de Escoria

Fundente se agrega por boca o “gar gun”Se agrega “a la par” formación FeOTamaño fundente es 1 a 5 cm de D

1.Alta temperatura de operación2.Alimentación estable de SiO2 pequeña y lisa3.Tobera sumergida en la mata (no escoria =

sobreoxidación)4.Fuerte mezclamiento en CPS5.Fundente reactivo (alto % cuarzo Hexag y

no Tridimita Ortorrómbico)

$ O2 en soplado CPS$ O2 en soplado CPS

Soplado fijo tasa oxidación aumentaAumenta concentración SO2

Disminuye N2 “refrigerante”, implica1.Mayores Tº`s aun para matas de alta

ley (bajo FeS)2.Rápido calentamiento CPS y sus

contenidos3.Fundir “refrigerantes” de valor,

scrap, reverts ricos en Cu4.(-) erosión punta tobera (29%)

Productividad (tpd Cu)Productividad (tpd Cu)

Los principales factores que determinan la tasa de producción son

1.Ley del eje2.Tasa de soplado

La cantidad de aire requerido disminuye al aumentar la ley del eje

Maximizar Productividad (tpd Cu)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 ConcentradosFusión de Concentrados

Inyección de concentrado seco por toberas

1.Aumenta capacidad fundición sin mayor inversión o agrandar hornos

2.Alarga el soplado y aumenta la remoción de Bi y Sb

3.Se genera SO2 del concentrado que se perdería en fusión (HR, He)

Maximizar Campaña CPSMaximizar Campaña CPS

15000 a 50000 de campañaReemplazo refractario toberas (2 semanas)

1.Mejores Refractarios2.Alimentar Mata de Alta Ley3.Mejorar medición y control de

la temperatura