ÁREAS DE TRABAJO

 

Descripción del Sistema de Fundicion

1. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

1.1. INTRODUCCIÓN
El propósito que persigue este proyecto consiste en actualizar y mejorar el modelo de las operaciones en la Nave de Fundición, además de incorporar el movimiento de los Ánodos hacia la Refinería, como el envío del Scrap desde Refinería hacia la Fundición.
 

Se explican los procesos que se realizan en la fundición y en el transporte de Ánodos y de Scrap, con sus respectivos informes de gestión.

1.2. IDENTIFICACIÓN DEL SISTEMA
La nave de convertidores de la Fundición tiene como objetivo lograr la recuperación de Cobre contenido en el concentrado de cobre, mediante etapas de fusión de éste. El concentrado proveniente de la Planta Concentradora se almacena en canchas, desde donde se alimenta el Horno Flash y el Convertidor Teniente.

 
El Concentrado de Cobre seco, con una concentración del 31% de cobre, se somete a procesos de pirometalurgia[1] 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), entre otros.
 
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.
 

El cobre obtenido de este proceso es Cobre Anódico, el cual es transportado a Refinería Electrolítica mediante un sistema de ferrocarriles. En estos viajes se aprovecha de retornar los restos de Cobre Anódico que quedan del proceso electrolítico.

1.3. ESQUEMA DE PROCESO FUNDICIÓN
El sistema de estudio se subdivide en dos subsistemas, el subsistema Nave Fundición que consiste en la producción de Cobre Anódico a partir de Concentrado de Cobre, y el Sub sistema de Transporte, que consiste el sistema ferroviario para el traslado de Ánodos, Scrap y Botes Vacíos para el almacenamiento de Scrap.

 

1.3.1.      SUBSISTEMA NAVE DE FUNDICIÓN
Figura 1: Esquema de proceso Fundición Chuquicamata
 
 
 
 
 
 
 
 
De acuerdo a la figura 1, la nave Fundición está compuesta por dos secadores, cuyoobjetivo es eliminar, en la forma de vapor, el agua contenida en los concentrados,  de los cuales uno alimenta al Horno Flash y el otro al Convertidor Teniente, cuatro Convertidores Convencionales, dos Hornos de limpieza de escoria y ocho Hornos de Refino, de los cuales seis procesan Cobre Blister y dos reprocesan el Scrap. 
 
El movimiento de líquidos, de sólidos y de algunas operaciones de mantención se realiza con tres grúas Morgan de 70 toneladas de capacidad, las que se desplazan por un riel central.
 
El proceso de Fundición se puede resumir de la siguiente manera:
1.            La alimentación de concentrado pasa por unos secadores antes de entrar Concentrado y se lleva a los secadores, cuando termina este proceso, forman dos fases. En el Horno Flash se forman Escoria y Eje, en el Convertidor Teniente se forma Escoria y Metal Blanco. La Escoriaes enviada a los Hornos de Limpieza, Eje y el Metal Blanco a los Convertidores Convencionales.
 
2.            Una vez que llega el Eje y el Metal Blanco a los Convertidores, éste recibe una carga fría, donde se producen dos fases líquidas nuevamente, la Escoriade Cobre y el Cobre Blister. La fase superior, que es la Escoria, se saca para ser enviada al Horno de Tratamiento de Escorias.  El Cobre Blister se envía a los Hornos de Ánodos.
 
3.            En el Horno de Ánodos, se realiza la purificación del cobre, donde se generan dos fases: Escoria y Cobre (que sale a un 99.6% de Cu) para moldeo de ánodos, la Escoriade estos hornos se retorna a los Convertidores Convencionales.
 
4.            La Escoriade los Convertidores Convencionales, recibida en el Horno de Limpieza, se separa en Escoria a Botadero y en Metal Blanco, el cual retorna al convertidor.
 
5.   La Escoriadel Convertidor Teniente recibida en el Horno de Limpieza se separa     también en dos fases, en Escoria a Botadero y en Metal Blanco, que retorna al Convertidor Convencional.
                                                                    
Los equipos son:
 
Horno Flash: Se funde una mezcla de concentrado y fundente, diferenciándose en que el concentrado es previamente secado a un grado mucho mayor, del orden de 0,2 de humedad. 
 
Esta carga se alimenta al Horno por intermedio del quemador de concentrado, que se encuentra en la Torrede Reacción del horno. El quemador mezcla el material de alimentación y el polvo de la combustión (polvos recuperados), con el aire enriquecido con oxigeno, guiando esta suspensión dentro de la torre de reacción del horno.
 
Por la granulometría fina de esta carga, la fusión ocurre en "suspensión", lo que acelera las reacciones del proceso y la transferencia de calor.
 
 
Parte de las reacciones que ocurren en el Convertidor, se producen en esta fusión denominada "FLASH", aportando además calor. La fusión Flash, se basa en suspender y fundir la carga seca, en un flujo vertical u horizontal, de aire; aire enriquecido u oxigeno.
 
 
El material fundido que se forma en la Torrede Reacción[2], se recolecta en la Cámarade Separación, donde el eje se separa de la escoria por diferencia de peso específico (densidades), quedando de esta manera estas dos fases definidas en cuanto a niveles dentro del Horno.
 
Tanto la escoria como el eje son sangrados del horno por sus respectivos puntos de evacuación (orificios − compuertas) y guiados por intermedio de canaletas a sus respectivas ollas de recepción. La escoria es trasladada a botaderos y las ollas con el eje son llevadas hacia la línea de Convertidores para continuar el tratamiento.
 
 
 
Convertidor Teniente (CT): Es un horno amplio, formado por un cilindro metálico de 5 mde diámetro por 22 mde 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 modo de funcionamiento consiste en que se carga en forma continua con concentrado de cobre y sílice (cuarzo) por una abertura ubicada en su parte superior. La sílice tiene por objeto captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlo en la parte más liviana de la mezcla fundida.
 
 
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 llevan a cabo 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:
 
a)      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.
b)  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.
Figura 2: Convertidor Teniente

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Convertidores Convencionales Pierce-Smith (CPS): Reactor semicontinuo de burbujeo en el que la transformación de matas (Sulfuros de cobre y hierro) a cobre blíster se realiza en dos etapas, la primera de desulfuración del sulfuro ferroso con escorificación del hierro: Se añaden algunos materiales fundentes, tales como sílice o a veces cal, con el fin de acomplejar al hierro (Formación de Escoria) y se inyecta aire para convertir el sulfuro produciendo dióxido de azufre gaseoso.
 
La segunda de soplado hasta cobre blíster: Una vez escorificado el hierro y otras impurezas, en la segunda etapa se continúa inyectando aire para eliminar completamente el azufre también en forma de dióxido (gas) dejando al cobre ya en su forma metálica, es decir blister (98 - 99% de Cu), el cual puede ser refinado posteriormente.
 
Horno de Tratamiento de Escorias (HTE): El objetivo del  Horno de Tratamiento de Escoria es la reducción de la magnetita y de los óxidos de cobre. La reducción de la magnetita produce la disminución de la viscosidad de la escoria. Al disminuir la viscosidad de la escoria el metal blanco atrapado mecánicamente decanta hacia el fondo del horno. El cobre oxidado es reducido y se incorpora a la fase metálica. Este horno procesa la escoria del Horno Flash y la Escoria de Fierro del CPS.
 
 
Horno Limpieza de Escoria (HELE): Este horno procesa las escorias del Convertidor Teniente para generar Metal Blanco con que se alimentan los CPS.
 
Hornos de Ánodos: Una vez limpio el cobre, se inicia la etapa de reducción del nivel de oxígeno presente en el baño fundido, mediante la inyección de gas natural fraccionado con vapor de aire. Así se obtiene cobre anódico con un contenido de cobre de un 99,6%.
 
El cobre anódico se extrae del horno de ánodos por una canaleta cubierta, a la rueda de moldeo que va girando, produciéndose la solidificación del ánodo fundido por contacto con el aire ambiente.
 
Un equipo especialmente diseñado, toma automáticamente los ánodos solidificándolos y los deposita en estanques longitudinales de enfriamiento con agua. Desde los estanques, los ánodos son sacados por un montacargas y depositados en un área dedicada.
 
Horno de Scrap: Este equipo está destinado a fundir los restos que cobre (Scrap) que queda del proceso de la RefineríaElectrolítica, obteniéndose cobre fundido que es reciclado a los hornos de Ánodo