Proceso de Fundición: del mineral al cobre puro
El concentrado de cobre seco con
una concentración del 31 % de cobre, se somete a procesos depirometalurgia en
hornos a grandes temperaturas, mediante los cuales el cobre del concentrado es
transformado en cobre metálico y se separa de los otros minerales como fierro
(Fe), azufre (S), sílice (Si) y otros.
El proceso de fundición se realiza en etapas que son:
El proceso de fundición se realiza en etapas que son:
- Recepción y muestreo.
- Fusión.
- Conversión.
- Pirorrefinación.
- ¿Cuál es el objetivo?
Como normalmente se trabaja con
concentrados de diferentes procedencias, es necesario hacer un muestreo de
ellos y clasificarlos de acuerdo con la concentración de cobre, hierro, azufre,
sílice y porcentaje de humedad que tengan.
- ¿Cómo se hace?
El concentrado proveniente de la
planta se almacena en canchas, desde donde se obtienen muestras que son
sometidas a análisis de laboratorio para determinar los contenidos de cobre,
hierro, azufre, sílice y la humedad, información que es fundamental para
iniciar el proceso de fusión. El contenido máximo de humedad es de 8%, ya que
con valores superiores, el concentrado se comporta como barro difícil de
manipular y exige más energía para la fusión.
De acuerdo con los resultados de los contenidos de cobre, el material se clasifica y almacena en silos, desde donde se despacha a los hornos de fundición de acuerdo a las mezclas que se determinen.
De acuerdo con los resultados de los contenidos de cobre, el material se clasifica y almacena en silos, desde donde se despacha a los hornos de fundición de acuerdo a las mezclas que se determinen.
- ¿Cuál es el objetivo?
El objetivo de la fusión es
lograr el cambio de estado que permite que el concentrado pase de estado sólido
a estado líquido para que el cobre se separe de los otros elementos que
componen el concentrado.
- ¿Qué ocurre en la fusión?
En la fusión el concentrado de
cobre es sometido a altas temperaturas (1.200 ºC) para lograr el cambio de
estado de sólido a líquido. Al pasar al estado líquido, los elementos que
componen los minerales presentes en el concentrado se separan según su peso,
quedando los más livianos en la parte superior del fundido, mientras que el
cobre, que es más pesado se concentra en la parte baja. De esta forma es
posible separar ambas partes vaciándolas por vías distintas.
Tradicionalmente la fusión puede
realizarse de dos maneras, utilizando dos tipos de hornos: el horno de
reverbero para la fusión tradicional y el convertidor modificado Teniente (CMT)
que realiza en una sola operación la fusión y la conversión. En las divisiones
de Codelco no se utiliza el horno de reverbero, sino que solo se realiza el
proceso de fusión-conversión, utilizando el convertidor midificado Teniente.
Convertidor modificado
Teniente: sistema de fusión - conversión
El convertidor Teniente,
desarrollado y patentado por la División El Teniente de Codelco, es un horno
basculante, formado por un cilindro metálico de 5 m de diámetro por 22 m de
largo, dispuesto en posición horizontal y revestido por ladrillos refractarios
en su interior. Este horno está montado sobre un sistema de cremalleras que
le permiten oscilar.
El convertidor Teniente tiene
un sistema de cañerías en el interior, las cuales insuflan aire enriquecido
con oxígeno, el cual permite la oxidación del hierro y del azufre presentes
en los minerales que constituyen el concentrado. El hierro forma magnetita,
que se concentra en la escoria, y el azufre forma gases (monóxidos y
dióxidos) los cuales son evacuados a través de gigantescas chimeneas, junto a
otros gases, donde son captados en gran parte para producir ácido
sulfúrico (H2SO4).
Las reacciones que se producen
producto de la oxidación de los distintos elementos, y entre ellos, libera energía
la que es aprovechada para ayudar a la fusión.
En el convertidor Teniente los
elementos se concentran en fases, de acuerdo a su peso:
Metal
blanco : corresponde a la parte más pesada del material
fundido y que se encuentra en la parte baja del convertidor. Contiene un 70%
a 75% de cobre.
Escoria : es la parte más liviana del fundido, la cual se envía de vuelta al horno de reverbero o a hornos destinados a limpieza de escoria para recuperar el contenido de cobre que aún le queda. |
Tercera etapa: Proceso de
Conversión
- ¿Cuál es el objetivo?
Mediante el proceso de conversión
se tratan los productos obtenidos en la fusión, para obtener cobre de alta
pureza. Para esto se utilizan hornos convertidores convencionales llamados
Peirce-Smith, en honor a sus creadores.
- ¿Cómo se hace? ¿Dónde se hace?
El convertidor Peirce-Smith
consiste en un reactor cilíndrico de 4,5 m de diámetro por 11 m de largo,
aproximadamente, donde se procesan separadamente el eje proveniente del horno
de reverbero y el metal blanco proveniente del convertidor Teniente.
Este es un proceso cerrado, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recarga de material. Finamente se obtiene cobre blister, con una pureza de 96% de cobre.
Este es un proceso cerrado, es decir, una misma carga es tratada y llevada hasta el final, sin recarga de material. Finamente se obtiene cobre blister, con una pureza de 96% de cobre.
Foto Nº3
El cobre anódico obtenido en la pirorrefinación es moldeado en ánodos. |
- ¿Cuál es el objetivo?
Mediante la pirorrefinación o
refinación a fuego se incrementa la pureza del cobre blister obtenido de la
conversión. Consiste en eliminar el porcentaje de oxígeno presente el este tipo
de cobre, llegando a concentraciones de 99,7 % de cobre.
- ¿Cómo se realiza?
Este es un proceso especial que
se aplica en algunas fundiciones, como en la fundición de Caletones, donde el
cobre blister es sometido a un proceso final de refinación en un horno
basculante, mediante la introducción de troncos de eucaliptus. En este caso,
la ignición de
la madera permite captar el oxígeno que contiene el cobre blister como impureza
y lo transforma en anhídrido carbónico (CO2), que es liberado a la atmósfera.
De esta manera, la pureza del cobre se incrementa a 99,7% y el producto se
denomina cobre RAF (refinado a fuego).
- ¿Cuál es el producto?
El cobre RAF es moldeado en
placas gruesas, de forma de ánodos, de un peso aproximado de 225 kg, el cual es enviado al proceso de electrorefinación o
vendido directamente en diversas formas.
Aspectos de seguridad en fundición
A continuación se indican
algunos de los riesgos y precauciones propios de los procesos de fundición y
refinación.
- Lesiones
Foto Nº4
Uso de antiparras y guantes. |
La industria de fundición y
refinación, presenta mayor índice de lesiones que la mayoría de los otros
sectores. Entre las causas más recurrentes se encuentran: salpicaduras y
derrames de metal fundido y escoria que provoca quemaduras, explosiones de gas por
contacto de metal fundido con agua, colisiones con locomotoras y vagonetas en
movimiento, grúas móviles y otros equipos móviles, caída de objetos pesados,
caídas de altura (por ejemplo, al acceder a la cabina de una grúa) y lesiones
por resbalar o tropezar con obstáculos en el suelo y las pasarelas.
Las precauciones frente a
estos riesgos consisten fundamentalmente en una adecuada instrucción, uso de
equipos de protección personal (EPP) (cascos, calzado de seguridad, guantes de
trabajo y ropas protectoras); almacenamiento correcto, conservación y
mantenimiento de equipos; normas de tránsito para el equipo móvil (incluida la
definición de rutas y un sistema eficiente de aviso y señalización) y un
programa de protección contra caídas.
- Calor
Las enfermedades por estrés
térmico, tales como el golpe de calor, constituyen un riesgo común debido,
fundamentalmente a la radiación infrarroja procedente de los hornos y el metal
en fusión. Esto constituye un problema de importancia cuando hay que realizar
trabajos que exigen gran esfuerzo en ambientes muy calientes.
Foto Nº5
Ropas protectoras para evitar quemaduras. |
La prevención de las
enfermedades producidas por el calor se puede realizar mediante pantallas de
agua o cortinas de aire delante de los hornos, refrigeración puntual, cabinas
cerradas y provistas de aire acondicionado, ropas protectoras contra el calor y
trajes refrigerados por aire, que proporcionen tiempo suficiente para la
aclimatación, pausas de descanso en zonas refrigeradas y un suministro adecuado
de líquido para beber con frecuencia.
- Riesgos químicos
Durante las operaciones de
fusión y refinación puede producirse exposición a una gran variedad de polvos,
humos, gases y otras sustancias químicas peligrosas, en especial el machaqueo y
la trituración de mineral pueden provocar altos niveles de exposición al sílice
y a polvos metálicos tóxicos (que contengan plomo, arsénico y cadmio).
Durante las operaciones de fusión, los humos metálicos pueden constituir un problema importante.
Durante las operaciones de fusión, los humos metálicos pueden constituir un problema importante.
Las emisiones de polvo y humos
pueden controlarse mediante confinamiento, automatización de los procesos,
ventilación local y de dilución, mojado de los materiales, reducción de su
manipulación y otros cambios en el proceso. Si lo anterior no resultara
adecuado, habría que recurrir a la protección respiratoria. Muchas operaciones
de fundición implican la producción de grandes cantidades de dióxido de azufre,
procedentes de los minerales sulfurosos y de monóxido de carbono de los
procesos de combustión. Son esenciales por lo tanto, la ventilación de dilución
y la ventilación por extracción local (VEL).
Como subproducto de las
operaciones de fundición se forma ácido sulfúrico, el cual se utiliza en
refinación electrolítica y en la lixiviación de los metales. Puede producirse
exposición a ácido sulfúrico tanto líquido como en forma de neblinas, lo que hace
necesaria protección cutánea, ocular, y VEL.
La fusión y refinación de
algunos metales pueden plantear riesgos especiales, como la exposición a níquel
carbonito, fluoruros en la fusión de aluminio, arsénico en la fundición y
refinación de cobre y plomo, y exposiciones a mercurio y cianuro durante la
refinación de oro. Estos procesos requieren sus propias precauciones
especiales.
- Otros riesgos
El deslumbramiento y la
radiación infrarroja producidos por los hornos y el metal en fusión, provocan
lesiones oculares e incluso cataratas. Deben usarse gafas de montura ajustada y
pantallas faciales. Los niveles altos de radiación infrarroja también pueden
ocasionar quemaduras en la piel, a menos que se utilicen ropas protectoras.
Los altos niveles de ruido
producidos por el machaqueo y la trituración del mineral, los ventiladores de
descarga de gas y los hornos eléctricos de alta potencia, pueden provocar
pérdida auditiva. Si no es posible confinar o aislar la fuente de ruido, deben
usarse protectores de oídos. Se debe asimismo, implantar un programa de
conservación auditiva que incluya pruebas audiométricas y formación. La
elevación y manipulación manual de materiales puede ocasionar lesiones de
espalda y de las extremidades superiores. Los medios de elevación mecánicos y
una formación adecuada acerca de los métodos de elevación son útiles en la
reducción de estos riesgos.
Referencia:
Cuadra, P. Martinich,B.(2000). Codelco Educa/Procesos.Santiago Chile.Recuperado de https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/escolares_fundicion.asp
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