Cobre

Proceso de obtención Proceso de obtención de Cobrede Cobre..

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Proceso de obtención de Proceso de obtención de Cobre.Cobre.

A través de los años los métodos de producción de cobre han sido sujetos a un proceso de selección continua, debido a la necesidad de incrementar la productividad en la transformación con un consumo de energía mínimo, cuidando la protección ambiental y mejorando la seguridad en la operación. Durante este desarrollo se han observado una serie de tendencias:Disminución en el número de los pasos del proceso.Preferencia por procesos continuos frente a los procesos Batch.Operación autógena.Uso de oxígeno o aire enriquecido con oxígeno.Tendencia hacia los métodos electrometalúrgicos.Incremento de la concentración de energía por unidad de volumen y de tiempo.Recuperación de azufre para su venta posterior.Recuperación de residuos con valor.

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Proceso de obtención de Proceso de obtención de Cobre.Cobre.

El cobre puede ser obtenido de las minas subterráneas y las que se localizan en la superficie. Entre las operaciones que se llevan a cabo en la explotación están: la perforación, barrenado, acarreo, y el transporte del mineral a donde será purificado. Al metal obtenido de esta manera se le conoce como cobre primario. Más del 80% del cobre primario en el mundo proviene de depósitos de sulfuros poco concentrados el cual usualmente se trata por métodos pirometalúrgicos, generalmente en la siguiente secuencia: Beneficiación del mineral por flotación con espuma. Tostación parcial (opcional) para obtener óxidos o calcinas. Extracción pirometalúrgica en dos etapas: Fundición para obtener una mata de cobre. Conversión de la mata por oxidación para obtener el cobre blister. Refinación del cobre crudo, usualmente en dos etapas: pirorefinación y electrodepositación para obtener cobre de alta pureza.Alrededor del 15% del cobre primario proviene de los minerales de óxidos y generalmente es tratado por métodos hidrometaúrgicos. El resto del cobre es extraído de minerales de cobre nativo y puede ser procesado por por fundición en un horno de alimentación superior. Este proceso también es útil para recuperar cobre de materiales secundarios tales como productos intermedios, escoria y desperdicios. Todas estas operaciones forman parte de una industria global no integrada, por lo que, muchas operaciones pueden llevarse a cabo simultáneamente en un proceso o en procesos separados. A continuación se presenta un diagrama de flujo que ilustra una de las formas más usuales en las que los minerales de cobre son procesados. Como ya se mencionó es muy probable que las etapas que ciertas etapas de las que aquí se presentan puedan llevarse a cabo en un mismo proceso, pero eso dependerá del mineral en bruto del que se parta y la ubicación de la planta en la cual se llevará a cabo el proceso.

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Tostación Total

Oxidación, Sulfatación, Clorización,

ó Tostación.

Minas ricas en cobre nativo

y minerales de óxidos.

Concentración del mineral.

Fundición(Cobre Bruto)

Fundido y Vaciado.(Barras, lingotes, panes, varillas)

Minas pobresen minerales de sulfuros.

Minas ricas con minerales de óxidos y sulfuros.

Cobre Secundario.

Tostación Parcial.

Fundición(Mata de Cobre)

Conversión(Cobre Blister)

Lixiviación.

Precipitación como cobre cementado

PirrefinaciónRefinación electrolítica.

Electrodepositaciónde cobre puro.

Etapas en la producción del Etapas en la producción del CobreCobre

Hacer click en cada operación

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www.secofi.gob Encyclopedia of Chemical

Technology. Raymond E. Kirk & Donald F. Othmer. Vol 4. 4th edition. Edit. John Wiley & Sons. 1993.

Ullman’s Encyclopedia of Industry Chemistry. Vol. 44. 1985.

Encyclopedia of Chemical Processing and Design. John J. McKetta. Tomo 55. New York, U.S.A. 1977.

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

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Minerales de Minerales de CobreCobre

Cobre Nativo.Cobre Nativo.Cualquier mineral que contenga más de 6% de Cu se considera como rico suele fundirse directamente en un horno de reverbero de cuba. El mineral nativo contiene en promedio aproximadamente 1% de Cu. En México se puede encontrar en: Sierra Mojada en Coahuila, Mulegé y Santa Rosalía en Baja California Sur, Asientos en Aguascalientes, Ojo de Agua en Chiapas, El Pastor, Sabinal, La Bufa, Batopilas, Cuchillo Parado y San Francisco del Oro en Chihuahua,Guanaceví, Indé, Mapimí y Santa María del Oro en Durango, Mineral de Pozos en Guanajuato, Pachuca de Soto, Bonanza y Zimapán en Hidalgo, Mineral de Agangueo, Inguarán, Tuzantla, en Michoacán, Guadalcázar en San Luis Potosí, Cananea y Nacozari de García en Sonora, San José en Tamaulipas, Zomelahuacan en Veracruz Aranzazú, Concepción del Oro y San Martín en Zacatecas, y Teocalcingo en el Edo. De México.

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Sulfuros de Cobre.Sulfuros de Cobre.Los sulfuros son los minerales de cobre más importantes, se encuentran como mezclas complejas de sulfuros de cobre y hierro asociados con compuestos de Fe, Zn, As, Sb, Bi, Se, Te, Ag, Au, Pt. Entre estos se encuentran, la Calcosita, la Digenita, la Covelita, la Calcopirita, la Bornita, Tennatita, la Tetraedrita, la Enargita y la Bournonita, En México se pueden localizar en los siguientes yacimientos:Pánuco, Sierra Mojada en Coahuila, Mulegé y Santa Rosalía en Baja California Sur, Asientos, Tepezalá y El Cobre en Aguascalientes, Ojo de Agua y Pichucalco en Chiapas, El Pastor, Sabinal, Aquiles Serdan, Labor de Terrazas, Sierra de Encinillas, Cuisihuiriáchic, Santa Bárbara, Naica, Cerocahui, San Pedro Corralitos, Piedras Verdes, San Carlos, Hidalgo del Parral, Antonio Mine, La Bufa, Batopilas, Cuchillo Parado y San Francisco del Oro en Chihuahua,Guanaceví, Indé, Velardeña,Mapimí y Santa María del Oro en Durango y otros centros en Guanajuato, Pachuca, Hidalgo, Michoacán, San Luis Potosí, Sonora, Tamaulipas, Veracruz, y el Edo. de México.

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Oxidos de Cobre.Oxidos de Cobre.Los óxidos son característicos de los yacimientos que se pressentan cerca de la superficie. Son el resultado de la alteración y la descomposición de los sulfuros por las aguas superficiales que contienen CO2, O2, y H2SO4, produciendo carbonatos, óxidos, sulfatos y diversas sales básicas. Si bien los minerales a base de óxido ofrecen interés metalúrgico ya que pueden reducirse fácilmente con carbón y CO, han perdido un poco de importancia pues los yacimientos están algo agotados. Entre los yacimientos a base de óxidos se encuentran la Cuprita, la Tenorita, la Malaquita, la Azurita, la la Crisocola, la Brocantita, la Antlerita y la Calcantita. En México se pueden los principales yacimientos se pueden localizar en:Coahuila, Baja California, Aguascalientes, Chiapas, Chihuahua, Durango, Hidalgo, México, Michoacán, San Luis Potosí, Sonora, Tamaulipas, Veracruz.

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Cobre Cobre Secundario.Secundario.

Se llama secundarios a los desperdicios, barreduras, escorias y espumas, para distinguirlos de los materiales primarios o vírgenes, que se obtienen directamente de los minerales. El metal devuelto de las existencias de metal en uso puede llamarse desperdicios viejos, que al subproducto de la industria puede llamarsele desperdicio nuevo, El desperdicio viejo puede derivarse de bienes capital como edificios, ferrocarriles, puentes, y material industrial, o de artículos de consumo, como automóviles, aparatos de radio y utensilios de cocina. En general la mayor parte de metales aprovechados de bienes capitales que de artículos de consumo, Además mientras el desperdicio viejo es metal que ha estado en uso y vuelve ahora a causa del desuso, el desperdicio nuevo es metal que no ha alcanzado todavía la fase final del consumo.Alrededor del 40% de desperdicios viejos son utilizados para producir cobre refinado y aproximadamente el 75% del desperdicio nuevo es consumido por los molinos de bronce junto con los residuos de la refinación del cobre.Se estima que aproximadamente el 60% del cobre producido es reprocesado para volverlo a usar. El reciclado eficiente de los desperdicios del cobre es un factor importante en la conservación de la energía, el procesamiento de los desperdicios del cobre utiliza del 4 al 40% de la energía requerida para la producción de cobre primario.

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Concentración.Concentración.

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Mineral.

Triturador Cónico

Molino de rodillos.

Molino de bolas.

Celdas de Flotación

(------------)


(Desechos)


(Limpieza)

Desechos finales

Concentrado para fundir.

Agua

Recuperación de Molibdenita

Molibdenita concentrada

Preconcentrados

1 - 2 % Cu

0.1 % Cu

10 - 12 % Cu2 - 4 % Cu

15 - 20 % Cu

20 - 30 % Cu

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Tostación.Tostación.La tostación puede ser usada para preparar concentrados de los minerales de sulfuros, los cuales posteriormente serán sometidos a un proceso pirometalúrgico o hidrometalúrgico. En el proceso pirometalurgico el objetivo de la tostación es disminuir la cantidad de azufre contenido a un nivel óptimo para su fusión como mata de cobre. En el caso de la extracción hidrometalurgica la tostación forma compuestos que pueden lixiviados.En esta operación se producen las llamadas calcinas, teniendo los siguientes efectos: Secado de concentrados.Oxidación de una parte del Fe presente.Control del contenido de azufre.Remoción parcial de impurezas volátiles, especialmente arsénico.Cuando los concentrados húmedos los cuales contienen muchas impurezas, son calentados, ocurre una gran cantidad de reacciones químicas. El análisis de todos esos equilibrios es imprático por lo tanto se eligen sistemas termodinámicos sencillos, el más importante de estos es el sistema ternario: Cu - S - O y puesto que muchos minerales de sulfuros contienen una cantidad significante de Hierro, el sistema: Fe - O - S también es importante.Inicialmente sulfuros como la pirita y la calcopirita se descomponen generando vapor de azufre el cual reacciona con oxigeno para generar dióxido de azufre: FeS2 FeS +S (g)

2 CuFeS2 Cu2S + 2FeS + S(g)

S(g) + O2(g) SO2(g)

Los límites máximos permisibles de SO2 que se pueden emitir a la atmósfera están regulados por la , Esta norma también es aplicable en el proceso de fundición. Pero generalmente este gas es convertido a H2SO4.

Adicionalmente se presentan reacciones secundarias como la formación de sulfatos básicos, ferritos y silicatos.Las cuales generan la mayor parte de la escoria en la fundición.

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NOM-091-ECOLNOM-091-ECOL

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Tostación.Tostación.

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Existen varios métodos de tostación pero todos involucran la oxidación del mineral a altas temperaturas, generalmente entre 500 y 850ºC: Tostación Parcial.Es el método convencional para la extracción de cobre a partir de sulfuros concentrados. A 800 ºC el grado de tostación esta determinado por la cantidad de aire alimentado. Una predeterminada cantidad de azufre es removido y solo una parte de sulfuro de Hierro es oxidada. Estas condiciones son importantes para la formación de una mata adecuada.Tostación Total.Es ocasionalmente utilizada para la oxidación completa de todos los sulfuros para someter posteriormente el mineral a un proceso de reducción o a operaciones hidrometalúrgicas especiales.Tostación sulfatada. Se lleva a cabo entre 550 y 650 ºC a partir de sulfatos. Este método ofrece los rendimientos de calcinación requeridos por el tratamiento hidrometalúrgico.Tostación Cloridizada.Envuelve la tostación sulfatada con adición de cloruro de sodio. La temperatura no debe de exceder de 600 ºC para evitar las pérdidas de CuCl.Volatización Cloridizada.Envuelve un calentamiento a 1200 ºC en presencia de CaCl2 de manera que varios cloruros de metales y otros componentes volátiles pueden ser separados.

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TostadoresTostadores

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Hornos de chimenea múltiple.Hornos de chimenea múltiple.Estos producen la pulverización de las calcinas, fueron ampliamente utilizados hasta mediados de este siglo, y desde entonces fueron remplazados por los reactores de lecho fluidizado. Uno de los modelos más conocidos fue el horno de Herreshoff. Reactores de lecho fluidizado.Reactores de lecho fluidizado.Son de los equipos de tostación más modernos, ofrece buenos rendimientos debido a dos grandes ventajas, que son la explotación del calor residual y la alta productividad lo cual propicia condiciones favorables para la cinética de la reacción.La altura de estos equipos esta entre 5 y 12 m y tienen un diámetro de 4 a 8 m. Ejemplos: Anaconda Co. Butte, Montana y RTB, Bor, Bor, Yugoslavia.Tostadores de fusión incipiente.Tostadores de fusión incipiente.Son utilizados solamente si el metal será procesado en alto horno.Hornos de fusión instantánea.Hornos de fusión instantánea.Combinan la tostación con la fusión en el mismo equipo.

El tiempo promedio de residencia en los diferentes tipos de tostadores es muy diferente:Hornos de chimenea múltiple: Unas cuantas horas.Tostadores de fusión incipiente: Unos cuantos minutos.Reactor de lecho fluidizado: Unos cuantos segundos.

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FundiciónFundición

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El´término fundición de cobre se utiliza para designar a las operaciones de: fusión de un mineral concentrado (25-35% Cu) y la extracción del cobre por medio de calor, un fundente y la adición de oxígeno. El cobre concentrado es una mezcla de sulfuros de cobre, fierro y cobre-fierro, con pequeñas cantidades de ganga. El azufre es removido como SO2 por la reacción del mineral a altas temperaturas en presencia de aire y oxígeno.Las reacciones típicas que ocurren en el recipiente de fundición son:

FeS2 FeS +S (g)

2 CuFeS2 Cu2S + 2FeS + S(g)

S(g) + O2(g) SO2(g)

2FeS + 3O2(g) 2 FeO +SO2(g)

2SO2(g) + O2(g) 2S O3(g)

FeO + SO3 FeS O4

Las primeras reacciones ocurren aún cuando se someta previamente el mineral a un proceso de tostación.Cuando funden el Cu2S y el FeS son miscibles formando una mata típica que contiene 35-78% de Cu. Óxido de hierro y silicato de hierro fundido forman una capa separada, la cual flota sobre esta mata y puede ser desnatada del recipiente de fundición para realizar una separación parcial de hierro del cobre. FeS2 + O2 FeS + SO2

3FeS + 5O2 Fe3O4 + 3SO2

Cu + CuFeS2 Cu2S + FeS

Cu2O + FeS Cu2S FeO

3Fe3O4 + FeS +50SiO2 10FeO*5SiO2 +SO2

El cobre y óxido de cobre de las reacciones tres y cuatro escritas arriba provienen de la producción vía lixiviación o de la escoria convertida y reciclada.Debido a que el sulfuro de fierro (II) es más oxidado que el sulfuro de cobre (I), el fierro puede ser separado del cobre que se encuentra en la mata, oxidándolo con aire. Además, el sulfuro se combina con cobre preferentemente que con hierro. De aquí que el sulfuro de cobre restante después de que el hierro ha sido oxidado y se ha combinado con la sílice para ser desnatada como una escoria.El oro y la plata contenidos junto con el cobre en el mineral son recuperados cuantitativamente a través del proceso de fundición, haciendo más fácil la eliminación de la escoria.

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Normatividad.Normatividad.

La terminología empleada en los procesos de obtención del productos del cobre, se encuentra especificada en las normas: y . La establece la clasificación de los productos del cobre en base a su proceso de obtención.Las especificaciones sobre pureza y resistencia para ciertos productos de cobre, como lingotes y tuberías están dadas por las normas:

La determinación de ciertos metales como el Arsénico, Bismuto, Fierro esta especificada en las normas:

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NMX - W - 099NMX - W - 099

NMX - W - 37NMX - W - 37 NMX - W - 052NMX - W - 052

NMX - W - 90NMX - W - 90NMX - W - 92NMX - W - 92

NMX - K - 150NMX - K - 150


NMX - W - 105NMX - W - 105


NMX - W - 108NMX - W - 108

NMX - W - 111NMX - W - 111

Hacer click en las normas

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