Fundamentos de Pirometalurgia: Procesos, Combustión y Refinación de Cobre

Conceptos Fundamentales de la Pirometalurgia

• Combustión: Es la reacción química rápida del oxígeno del aire u oxígeno directo, que se define como comburente.
• Tostación: Calentamiento del mineral en presencia de aire para producir el óxido del metal correspondiente.
• Fusión: Su objetivo es concentrar el metal mediante una separación de fases a alta temperatura.
• Conversión: Es eliminar el azufre y el hierro presentes en la fase sulfurada mediante la oxidación selectiva del baño fundido hasta obtener un cobre final puro llamado blister.
• Pirorefinación (refinación a fuego): Tiene como objetivo reducir las impurezas para su adecuado procesamiento.

Combustibles y Energía

• Combustibles: Cualquier material capaz de liberar energía cuando se cambia o transforma su estructura química.
• Petróleo: Es un líquido formado por una mezcla de hidrocarburos.

Objetivos de la Fusión de Cobre

1. Lograr, mediante calor de 1200 a 1300 °C, el cambio de estado sólido de los concentrados y precipitados a una masa líquida de dos fases: eje y escoria.
2. Formar eje, compuesto principalmente por sulfuro de cobre y sulfuro de fierro, que es una masa líquida de gran peso específico.
3. Formar una escoria, que es una mezcla fundida de minerales de ganga y del fundente agregado.

Objetivo del proceso pirometalúrgico

Transformar el cobre contenido en los concentrados, precipitados y minerales de fundición directa en cobre metálico y separarlo de otros minerales y metales que constituyen impurezas como fierro, azufre, silicio y otros.

Razones para el uso de altas temperaturas

1. La estabilidad relativa de los metales, haciendo posible que se logren cambios químicos en las diferentes fases presentes en el sistema.
2. Velocidades de transporte de masa y reacciones químicas en menor tiempo.
3. Permite la separación de las fases, que se logra con relativa facilidad.

Requisitos fundamentales del combustible

1. Poder calorífico: La cantidad de calor que puede entregar.
2. Composición: Que el combustible contenga el máximo de material combustible y genere una cantidad reducida de cenizas.

Definiciones Técnicas

• Horno: Unidad de proceso diseñada para llevar a cabo transformaciones químicas y físicas a temperaturas elevadas en el material cargado, mediante la utilización de energía térmica.
• Quemador: Su función básica es facilitar un contacto eficiente entre el combustible y el aire que provee el oxígeno requerido para la combustión.
• Refractario: Material capaz de resistir solicitaciones térmicas, químicas y mecánicas a temperaturas elevadas (1200 °C) sin sufrir deformaciones.

Términos Especializados

• Aire estequiométrico: Cantidad de aire necesaria y suficiente para asegurar la combustión completa de una unidad de combustible.
• Fusión autógena: Capaz de generar por sí misma el calor necesario para mantener alta la temperatura, lo que implica una producción de grandes volúmenes de metal con costos energéticos bajos, utilizando eficientemente el calor producido por las reacciones exotérmicas.
• Pirometalurgia: Proceso para recuperar un metal a partir del mineral realizado a altas temperaturas para convertir el mineral primeramente a un óxido y posteriormente al metal deseado.

Tipos de Llama

La característica de la llama depende de la cantidad de aire y petróleo que se alimenta:

1. Llama oxidante: Se caracteriza por pasar más cantidad de aire que de petróleo; entrega mucho calor y sobra oxígeno.
2. Llama neutra: Igual cantidad de aire y de petróleo; no sobra oxígeno y no entrega el total de calor que podría entregar el combustible.
3. Llama reductora: Genera más cantidad de petróleo que de aire; la temperatura es baja y produce gases negros sobre el combustible.

Características principales de la pirometalurgia

1. Grandes velocidades de reacción.
2. Los sulfuros metálicos son también combustibles, aportando fierro y azufre.
3. Se originan subproductos gaseosos.
4. Los metales preciosos (oro, plata, cobre) son solubles en el metal fundido.

Rendimiento Metalúrgico

Toda fundición de concentrado se mide por su rendimiento metalúrgico, basado en:

• Disminuir los costos de producción.
• Menores pérdidas.
• Escoria con mínimo de cobre (Cu).
• Medio ambiente y seguridad.
• Eficiencia de producción.
• Aumentar la capacidad de fusión y conversión de la fundición.