Pirorrefinación o

Refinación Fuego

• El cobre blister obtenido en la conversión será posteriormente electrorefinado para producir cátodos de alta pureza con 99,99% Cu.

• Las impurezas arrastradas desde sus minerales, aún en cantidades pequeñas, pueden afectar calidad y deteriorar las propiedades necesarias para su fabricación.

• El objetivo es reducir las impurezas desde valores superiores a 200 ppm de azufre y 2000 ppm de oxígeno hasta contenidos inferiores a 20 ppm y 1000 ppm respectivamente.

• Se realiza en 2 etapas discontinuas: Oxidación en donde se remueve el azufre como S02 y reducción en donde el cobre es desoxidado.

• Concentraciones límites de azufre y oxígeno después de la Refinación a Fuego.

Oxidación

• En esta etapa se inyecta aire al cobre fundido durante 1,5 a 2 horas. En este procesos ocurre la eliminación del azufre.

Habrá un considerable aumento de oxígeno en esta etapa.

• Dadas las grandes cantidades involucradas de azufre en esta etapa, muchas veces es necesario sobre oxidar para asegurar que todo el azufre sea eliminado, lo que conduce a 2 efectos negativos en el baño: Aparición de Cu2O en las escorias y gran cantidad de oxigeno en el baño metálico.

• El azufre desciende a 20 ppm, pero el oxígeno ha aumentado a aproximadamente 9000 ppm.

Reducción

• El oxigeno en exceso, es reducido en esta segunda etapa. Ello es necesario ya que este elemento precipitará como Cu2O al solidificarse.

• Se inyecta gas natural, propano, hidrocarburos o amoníaco, hasta que el oxigeno haya sido reducido a los 1000 ppm, por 3,5 a 4 hrs.

• La reacción para este proceso es:

• El cobre producto de la pirorrefinación es moldeado a ánodos para ser utilizado posteriormente en la electrorefinación, en donde se obtendrán cobres catódicos que posteriormente van al mercado.

• Si el cobre es comercializado como cobre RAF, es decir, sin pasar por una refinería electrolítica, se debe incorporar una etapa de acomplejamiento, en ésta las impurezas como arsénico, antimonio y bismuto son escorificadas con carbonatos y eliminadas del cobre. La etapa de acomplejamiento se realiza después de la oxidación del azufre y antes de la reducción.

Electrorefinación de Cobre

• La refinación electrolítica es la última etapa para obtener un cobre de buena calidad, para sus diferentes usos, pero últimamente las exigencias de calidad física y química, son cada vez mayores. Siempre estamos buscando mayores producciones, con cátodos de mayor calidad química y de bajo costo de producción.

• Los ánodos cargados a celdas contienen arsénico, antimonio y bismuto, que pueden contaminar el cátodo bajando su calidad química, la eficiencia de corriente y la cantidad de producción, también debemos tener en cuenta que ahora las refinerías de cobre, tratan de trabajar con mayores densidades de corriente.

Definición

Es la disolución electroquímica de los ánodos impuros de cobre, para permitir que el metal se deposite en forma selectiva y con máxima pureza sobre los cátodos de cobre.Se tienen 2 objetivos.• Eliminar las impurezas que dañan las

propiedades eléctricas y mecánicas del cobre.• Separar las impurezas valiosas de cobre, para

ser recuperadas como sub-productos.

Principios de la refinación electrolítica del cobre.

La aplicación de un potencial eléctrico entre un ánodo de cobre (electrodo positivo) y un cátodo de cobre (electrodo negativo), sumergidos en una celda que contenga una solución de sulfato de cobre ácida, origina que tengan lugar los siguientes procesos:• El cobre del ánodo se disuelve electroquímicamente dentro de la

solución con lo que producen cationes de cobre, más electrones.• Los electrones producidos por la reacción, son conducidos hacia el

cátodo a través del circuito y suministro de energía extremo.• Los cationes Cu+2 en la solución, emigran por difusión y convección

hacia el electrodo negativo (cátodo).• Los electrones y los iones Cu+2 se recombinan en la superficie del

cátodo para producir el cobre metálico que se deposita sobre el cátodo.

• El ánodo de cobre impuro es disuelto por acción de la corriente eléctrica en sus iones o elementos.

• El cobre disuelto viaja a través del electrolito y se deposita en el cátodo o lámina de arranque.

• Mientras que las impurezas buenas como el oro, plata, selenio, platino y paladio, no pueden depositarse y se van al fondo de las celdas como barro anódico.

• Las impurezas malas como el arsénico, bismuto, antimonio, níquel, etc. no se pueden depositar, ni tampoco ir al fondo de las celdas, quedando estas en el electrolito, el cual luego es purificado en las celdas de primera y segunda liberadora.

• En síntesis, se produce la disolución electroquímica del cobre del ánodo, la emigración de electrones e iones de cobre hacia el cátodo, y el deposito de cobre sobre la superficie del cátodo.

Comportamiento de impurezas:

• As, Sb, BiImpurezas cuyos potenciales electroquímicos son similares a las del cobre, siendo las más dañinas debido a que pasan rápidamente a la solución cuando se disuelve el ánodo y pueden depositarse en el cátodo junto con el cobre, bajo ciertas condiciones de: alta concentración de estos elementos.• Ag, Au, Pt, Se, TeSon más electropositivos que el cobre, no disuelven en el electrolito, por tanto no depositan en el cátodo, pasando a formar los lodos anódicos; la presencia de éstos en los cátodos, se debe a oclusión de pequeñas cantidades del lodo anódico.

• La electrorefinación se lleva a cabo mediante el sistema múltiple (paralelo), en que ánodos y cátodos están intercalados en un acomodo eléctricamente en paralelo en el interior de la celda electrolítica.

• Una vez instalados los cátodos y ánodos, se conecta la energía eléctrica y el cobre se corroe gradualmente en los ánodos para depositarse sobre los cátodos. Lo usual es que un ánodo permita producir dos cátodos, proceso que se extiendo por 12 a 14 días.

• Casi el 85% del ánodo se ha disuelto, el resto se retira, se lavan y funden para que nuevamente pasen a formar el ánodo.

La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica por una solución de ácido sulfúrico diluido en agua (electrolito). El ión sulfato de la solución comienza a atacar el ánodo de cobre formando una solución de sulfato de cobre(CuSO4). Al aplicar una corriente eléctrica, los componentes de la solución se cargan eléctricamente produciéndose una disociación iónica en la que el anión sulfato (SO4

-2)es atraído por el ánodo (+) y el catión (Cu+2) es atraído por el cátodo (-). El anión SO4

-2 ataca al ánodo formando sulfato de cobre, el que se ioniza en la solución por efecto dela corriente eléctrica, liberando cobre como catión que migra al cátodo, y se deposita en él. El ión sulfato liberado migra al ánodo y vuelve a formar sulfato de cobre que va a la solución, recomenzando la reacción. Este proceso se mantiene durante 20 días. Los otros componentes del ánodo que no se disuelven, se depositan en el fondo de las celdas electrolíticas, formando lo que se conoce como barro anódico el cual es bombeado y almacenado para extraerle su contenido metálico (oro, plata, selenio, platino y paladio).El cobre refinado electrolíticamente te obtiene en cátodos. Los ánodos de cobre, ya semirefinados, con cerca de 99,6% de pureza, son la materia prima del proceso de refinación electrolítica que permite su transformación en cátodos de cobre con 99,99%de pureza. Un ánodo de cobre tiene unas dimensiones aproximadas de 100x125 cm, un grosor de 5 cm y un peso aproximado de 350 Kg. El cátodo de cobre constituye la materia prima idónea para la producción de alambrón de cobre de altas especificaciones. Es un producto, con un contenido superior al 99,99% de cobre.

Limpieza de escorias

La escoria ha sido normalmente considerada como el desecho resultante de las operaciones de fusión y conversión. Sin embargo metalurgistas han podido darse cuenta que sus propiedades químicas y/o físicas de estas escorias pueden modificarse mediante a la adición de fundentes adecuados.

Las modificaciones generalmente involucran una disminución en la temperatura a la cual ésta se funde.Se estima que un 25 a un 75% del total de cobre se pierde en las escorias de fusión ocurre por atrapamiento y una de las fuentes de esta perdida mecánica serían las gotas de sulfuros líquidos que rodeando las burbujas de SO2 generadas en el proceso, atraviesan la interfase mata-escoria. 3 problemas pueden ocurrir:a) Puede formarse un film de mata estable, rodeando la

burbuja y ser transportado hasta la fase superior.b) La superficie de la burbuja permanece exenta de partículas

líquidas.c) Solo algunas partículas liquidas saturadas son atrapadas y

transportadas fuera de la fase metálica.

• Es conocido que la formación de magnetita durante los procesos pirometalúrgicos del cobre acarrean serios problemas para la operación, en particular, durante la etapa de fusión en horno de reverbero (falsos pisos, pérdidas considerables de metálico en escorias). Es por ello que la magnetita puede ser catalogada como una de las propiedades químicas mas importantes de las escorias.

• Actualmente Chile se usan tres procesos para el tratamiento de escorias para obtener una escoria con una ley lo más baja posible de cobre. Estos procesos son:

• a)Hornos eléctricos• b)Plantas de flotación• c)Hornos de limpieza: tipo Teniente u hornos HLE

Los hornos eléctricos y los tipos Teniente son esencialmente el mismo proceso, pues se busca lograr la reducción del contenido de magnetita (Fe3O4) en la escoria. Esto se realiza a través de un agente sólido, líquido o gaseoso (carbono, hidrógeno y algo de azufre), así cambiando las características químicas y físicas de la escoria. Posteriormente esta mezcla se deja sedimentar, obteniendo así una fase rica en cobre (50-70%) que es devuelta a los convertidores y una escoria de descarte que es llevada a botaderos (0,7-1%).

El horno de tratamiento de escoria posee las siguientes etapas:1) Carga del horno2) Reducción de la magnetita: esta etapa se traduce en una disminución de la viscosidad de la escoria, permitiendo así la separación de las fases contenidas en la escoria. Para lograr esta separación se trabaja con hornos a temperaturas superiores a los 1200 °C, y debido a que las reacciones involucradas en esta etapa son endotérmicas, es necesario generar calor mediante quemadores.3) Sedimentación: esta etapa es necesaria para separar las distintas fases que se producen en la limpieza de la escoria, y es posible pues las partículas con contenido sulfuro –metálico poseen mayor densidad que la escoria. Durante esta etapa es necesario mantener la temperatura del horno, y el tiempo de sedimentación varia entre los 30 y 60 minutos.

El tamaño de los botaderos de escoria va creciendo año a año, por lo que el tema de la reutilización de escorias se ha convertido en un punto de gran interés para las empresas metalúrgicas. Anualmente las fundiciones de cobre del país producen cerca de 4,5 millones de toneladas de desechos, cuyo único destino posible son los depósitos que se sitúan cerca de las plantas. Estudios realizados por diversas universidades nacionales han determinado que por cada tonelada de cobre producido se generan aproximadamente 2,2 toneladas de escoria, y que tan sólo la División del Teniente, Codelco, produce cerca de 700.000 toneladas de escoria al año. Se estima que Chile posee un volumen histórico acumulado de aproximadamente 50 millones de toneladas.

Entre las principales empresas a nivel nacional productoras de escoria de cobre se encuentran las fundiciones de Codelco (Chuquicamata, Potrerillos, Ventanas, Paipote y Caletones), de Angloamerican Chile (Chagres) y de alconbridge (Altonorte).