Proceso productivos del cobre

Prof. C. Torres

Procesos productivos | A partir de minerales sulfurados

Los cátodos marca cCc, AE y ENM se obtienen de minerales sulfurados con una ley de 0,5 a 1,2% de cobre.

Mediante el proceso de flotación se convierte al mineral triturado en un concentrado de 30% de cobre, el cual es fundido para llegar a un eje de 70% de cobre. Luego se somete a fusión en hornos convertidores para llegar a una pureza de 99%, eliminando impurezas adicionales a través de un proceso de refinación a fuego del blister, para llegar finalmente a Anodos de Cobre con una pureza de 99,5%.

Diagrama de flujo Minerales Sulfurados - Cátodos electro refinados

Para producir los cátodos marca cCc SX-EW, CHUQUI-P, ABRA y RT se usan técnicas de hidrometalurgia de minerales oxidados de 0,6% a 0,9% de cobre y para fabricar cátodos cCc SBL se usan sulfuros de 0,35% de cobre.

En ambos casos, el mineral triturado es tratado con una mezcla de agua y ácido sulfúrico y así llegar a una solución de lixiviación de unos 6 g/l de cobre. Después esta solución es enviada a una etapa de extracción por solventes, donde el metal (cobre) es extraido de la solución mediante reactivos orgánicos, reduciendo el contenido de la solución a unos 0,6 g/l de cobre, la cual es reciclada para seguir con el proceso de lixiviación.

Mientras tanto, el orgánico cargado pasa a un circuito que contiene electrolito pobre, que extrae el metal del reactivo orgánico, subiendo la concentración de cobre en dicho electrolito de 30 g/l a 45 g/l aproximadamente.

Este electrolito cargado pasa luego a la planta de electrobtención, donde finalmente se producen los cátodos de cobre de una pureza de 99,99%

Los cátodos a partir de óxidos y sulfuros de baja ley

Se utilizan tres procesos para llegar a cátodos electro-refinados y electro-obtenidos, el convencional y dos variantes: en el caso de cátodos electro-refinados, se disuelven ánodos de cobre, depositando el metal en láminas iniciales de cobre puro; mientras que en el caso de los cátodos electro-obtenidos el metal disuelto es extraído de un electrolito rico en cobre.

Los procesos no convencionales emplean una tecnología de cátodo permanente tipo ISA o KIDD.

En ellos, el cobre disuelto en el electrolito es depositado directamente en láminas de acero inoxidable reutilizables.

El proceso ISA produce dos cátodos que pesan 50 kilogramos cada uno, mientras en el proceso KIDD, cada lámina madre entrega dos depósitos unidos en el borde inferior, formando un cátodo de 100 kilogramos.

Los diagramas siguientes ilustran las distintas tecnologías de producción y las marcas de cátodos resultantes.

Cátodos Electro Obtenidos Tecnología Permanente

Cátodos de cobreLas marcas de cátodos que Codelco ofrece actualmente son:

ORIGEN PLANTA MARCA TECNOLOGÍA

CODELCO Chuquicamata

               

 

    cCcElectro-refinación

convencional

               

 

    cCc SX-EW

Electro-obtención convencional

               

 

    CHUQUI-P

Electro-obtención permanente (ISA)

               

 

    cCc SBLElectro-obtención permanente (ISA)

Salvador

               

 

    AEElectro-refinación

convencional

               

 

    AE SX-EW

Electro-obtención permanente (ISA)

Radomiro Tomic

               

 

    RTElectro-obtención permanente (Kidd)

AbraSCM El Abra

               

 

    ABRAElectro-obtención permanente (Kidd)

ENAMI Ventanas

               

 

    ENMElectro-refinación

convencional

Todos los productos mencionados cumplen con las especificaciones ASTM B 115-95, designación Grado 1 y BS 6017:1981 designación Cu CATH-1.

                                         

 

http://www.codelcoeduca.cl/divisiones/salvador/info/f_procesos.html

Mineral y Minas

• Mineral: (mineral, ore) compuesto químico inorgánico, de origen natural, que posee una estructura interna y composición química característica, formado como resultado de procesos geológicos. Un mineral puede estar constituido por un solo elemento (nativos, como por ejemplo: oro, plata, cobre) o, más comúnmente, por una asociación de distintos elementos (sulfuros, carbonatos, óxidos, etc). En la actualidad se han reconocido más de 3.000 especies de minerales.

• Minas a rajo abierto: estas minas se explotan en la superficie utilizando una línea de explosivos. Luego de la tronadura, que remueve el material mineralizado, se realiza el carguío en camiones o en cintas transportadoras, usando cargadores frontales o palas mecánicas, que lo llevan hasta la Planta de Chancado para iniciar el proceso de concentración.

• Minas subterráneas: son las minas cuya explotación se realiza bajo tierra. En estas minas, el sistema de explotación que se utiliza para extraer las rocas, es el de hundimientos por bloques

Súlfuros y Óxidos• Sulfuros: (sulfides) minerales constituidos por el

enlace entre el azufre y elementos metálicos, tales como el cobre, hierro, plomo, zinc, etc.

• Los minerales sulfurados de cobre más comunes son calcopirita (CuFeS2, bornita(Cu5FeS4) calcosina (Cu2S), covelina (CuS) y enargita (Cu3AsS4). Un subproducto importante de estos yacimientos es el molibdeno, que está en la forma de molibdenita (MoS2).

• Óxidos: (oxides) en sentido estricto, se refiere a minerales formados por el enlace entre metales y metaloides con oxígeno.En minería, se utiliza este término para referirse a todos los minerales derivados del proceso de oxidación de un yacimiento, es decir el ataque del mineral por parte del oxígeno proveniente de la atmósfera bajo la forma de fluidos oxidantes (agua, aire). Por esta razón, estos minerales se forman cerca de la superficie.

• Entre los minerales oxidados de cobre u óxidos más comunes se tienen los carbonatos (malaquita y azurita), los sulfatos (brochantita y antlerita), el oxicloruro (atacamita y el silicato hidratado crisocola).

Sistemas de Transporte del mineral

Molienda:

• Proceso mediante el cual se reduce el tamaño del material mineralizado a menos de 0,2 milímetros, de manera que sea adecuado para la flotación.

• Al material mineralizado que viene de la planta de chancado se le agrega agua y algunos reactivos y se lleva a los molinos de barra y de bolas.

• Los molinos giran y las barras o bolas muelen el material.

Flotación:

• Procedimiento que permite concentrar el cobre de la pulpa de material mineralizado que viene del proceso de molienda.

• En las celdas de flotación se hace burbujear oxígeno desde el fondo de manera que las partículas de cobre presentes en la pulpa se adhieren a las burbujas de aire y así suben con ellas y se acumulan en una espuma.

• La espuma rebasa hacia canaletas que bordean las celdas y que lo llevan al proceso de decantación.

Fundición:

• El proceso de fundición va desde la recepción y clasificación del concentrado de cobre, hasta la producción de ánodos de 99,6 a 99,7%.

• El principal objetivo de la fundición es separar en el concentrado de cobre otros minerales e impurezas. Para esto el concentrado de cobre se funde en hornos de reverbero desde donde se obtiene la escoria y el eje (o mata) que contiene 45 a 48% de cobre.

• El eje o mata es llevado a los hornos convertidores donde se separa el azufre y el fierro obteniéndose metal blanco que contiene 70 as 75% de cobre.

• El metal blanco es llevado a un proceso de conversión desde donde se obtiene el cobre blister que tiene un 96% de cobre.

• Este cobre es llevado al proceso de pirorrefinación donde se obtiene el cobre anódico que contiene 96,6 a 96,7% de cobre.

Horno de reverbero (previo al Convertidor)

• es un paralelepípedo de ladrillos refractarios de dimensiones variables. En este horno se realiza a 1.200°C la fusión del concentrado de cobre para separar la escoria del eje o mata que contiene 45 a 48% de cobre

Planta de Ventanas: Cobre electrolítico + Ac. sulfúrico

El Teniente: lingotes refinados a fuego (RAF), y cátodos de cobre + molibdeno

Blister y ánodos

• El cobre blister y anódico es un material metálico con un nivel de pureza de alrededor de 99,5 por ciento, utilizado a su vez como materia prima para elaborar productos de alta calidad como el cobre refinado a fuego (RAF) y, especialmente, los cátodos de cobre.

• La mayor parte del cobre blister o anódico que vende Codelco proviene de la División El Teniente. Sin embargo, su disponibilidad para los mercados internacionales está sujeta a los requerimientos de las refinerías de la Corporación en Chile.

• El procesamiento de los concentrados de cobre en hornos permite separar la mayor parte de los elementos no cupríferos hasta alcanzar una pureza de al menos 99 por ciento: es el cobre blister.

• El cobre blister de buena calidad puede ser utilizado ocasionalmente en la producción de sulfato de cobre y otros productos químicos derivados. Pero sin duda su principal virtud es que puede ser transformado en ánodos de cobre.

• Los ánodos de cobre, con cerca de 99,6 por ciento de pureza, son la materia prima del proceso de refinación electrolítica que permite su transformación en cátodos de cobre con 99,99 por ciento de pureza, y que constituyen el principal producto comercializado por Codelco.

Ácido sulfúrico

• La producción de ácido sulfúrico de Codelco está directamente relacionada con un compromiso medioambiental, ya que usa como materia prima los gases metalúrgicos producidos durante el proceso de fusión-conversión de concentrados de cobre.

• Los gases con contenido de azufre que emanan de los hornos de fusión de concentrados de cobre son captados y conducidos a plantas de limpieza y tratamiento, que permiten obtener la producción de ácido sulfúrico.

• El ácido sulfúrico es un líquido denso, altamente corrosivo, incoloro en estado puro pero usualmente de color amarillo-ámbar. Tiene la propiedad de atacar y disolver muchos metales y sustancias.

Concentrados• Los concentrados de cobre que comercializa Codelco son

producidos por la División Andina, que extrae mineral de la mina subterránea "Río Blanco" y de la mina a rajo abierto "Sur Sur".

• Los concentrados son el primer producto comercial en la línea de producción de cobre, y están compuestos aproximadamente en partes iguales por cobre, fierro y azufre.

• Este material constituye la materia prima de todas las fundiciones de cobre, que al procesarlo obtienen un cobre metálico impuro en forma de blister o ánodos, que posteriormente son utilizados para elaborar cobre refinado de alta pureza.

• La producción de concentrados implica el chancado y posterior molienda del mineral hasta un tamaño de partícula que permita liberar el cobre a través de un proceso de flotación.

• El concentrado resultante tiene aproximadamente 30 por ciento de cobre. Un proceso de flotación diferencial permite separar el cobre del molibdeno.

• Los concentrados de cobre entonces son sometidos a un proceso de filtrado y secado para reducir el contenido de humedad hasta 8 o 9 por ciento.

• Decantación: en esta etapa del proceso productivo del cobre se reduce el agua del concentrado de cobre que viene de la flotación.

• Esto se realiza en los espesadores, que son piscinas circulares, donde se reúne el material que viene de

las celdas de flotación.

Lixiviación

• Pilas de lixiviación: Son las acumulaciones de material mineralizado que se realiza en forma mecanizada,

• formando una especie de torta o terraplén continuo de 6 a 8 m de altura,

• levemente inclinada para permitir el escurrimiento y captación de las soluciones,

• sobre la que se riega una solución de ácido sulfúrico para extraer el cobre de los minerales oxidados

Lixiviación: proceso hidrometalúrgico mediante el cual se provoca la disolución de un elemento desde el mineral que lo contiene para ser recuperado en etapas posteriores mediante electrólisis.

Este proceso se aplica a las rocas que contienen minerales oxidados, ya que éstos son fácilmente atacables por los ácidos. En la lixiviación del cobre se utiliza una solución de ácido sulfúrico (H2SO4).

Electro-obtención: (electrowinning, EW)

• Proceso electrometalúrgico que se realiza en celdas electrolíticas, donde se disponen alternadamente un ánodo (placa de plomo o de acero inoxidable) y cátodos (placa de acero inoxidable) dentro de la solución electrolítica previamente concentrada.

• Las placas metálicas están conectadas formando un circuito en que la corriente entra por los ánodos (polo positivo), viaja a través del electrolito y sale por los cátodos.

• El proceso de realiza mediante la aplicación de una corriente eléctrica de baja intensidad, la cual provoca que los cationes de Cu, de carga +2 (Cu+2) sean atraídos hacia el polo negativo o cátodo y se depositen sobre éste en forma metálica y de carga cero (Cu0), con una pureza de 99,99% cobre.

Electrorrefinación: (electrorefining):

este proceso se lleva a cabo en las celdas electrolíticas en donde se ponen alternadamente un ánodo de cobre blister y un cátodo inicial de cobre puro en una solución de ácido sulfúrico.

A esta instalación se le aplica una corriente eléctrica continua de baja intensidad, que hace que se disuelva el cobre del ánodo y se deposite en el cátodo inicial, lográndose cátodos de 99,97% de pureza mínima.

Ánodo: (anodes)

• placas metálicas de cobre o plomo que se instalan en la celda electrolítica por las cuales entra la corriente eléctrica (carga positiva), En la electrorrefinación los ánodos son placas gruesas de cobre producto de la etapa de fundición, los cuales se someten a refinación mediante electrólisis, en la cual todo el cobre que los constituye se disuelve y se deposita en el cátodo de cobre puro, que es un producto de lata pureza, y las impurezas que contiene (metales nobles como oro, plata, etc.) queda depositado en el fondo de la celda en la forma de

Cátodo: (cathodes)

placas metálicas de acero inoxidable o cobre puro que se instalan en la celda electrolítica, por las cuales sale la corriente eléctrica. El cátodo tiene carga negativa y, por tanto, atrae a los cationes de cobre que son iones de carga positiva.

a. En el caso de la electrorrefinación, los cátodos iniciales son delgadas láminas de cobre de alta pureza que quedan formando parte del producto. En el caso de la electroobtención los cátodos utilizados son de acero inoxidable, los que permiten la depositación del cobre en sus caras, el cual es despegado posteriormente, dejando el cátodo en condiciones de ser utilizado nuevamente. En este caso, se habla de cátodos permanentes.

b. Placas de cobre de alta pureza que se obtienen en el proceso de electrorrefinación y de electroobtención. Estos cátodos también se llaman cátodos de cobre electrolítico de alta pureza y tienen una concentración de 99,9%.

                      Extracción                       

Chancado

Molienda

Flotación

Fundición

Electrorefinación

Lixiviación

Electroobtención

Cátodos

Exploración geológica

Procesos productivos