MX2007002764A - Método de refinación de fuego continuo de cobre. - Google Patents

Abstract

Un método de refinación intensiva de fuego continuo de cobre, el método comprende las etapas de: derivación continua en un cobre líquido (4) en un primer reactor de oxidación; oxidación de cobre líquido con gases de combustión que contienen oxígeno o con aire; formación simultánea de impurezas de recolección de escoria; derivación continua fuera del cobre oxidizado y refinación de escoria a partir del primer reactor (8); derivación continua del cobre oxidizado hacia un segundo reactor de reducción; reducción del cobre con carbón y reducción de gases formados por la combustión parcial del combustible y el carbón; y derivación continua fuera del cobre reducido (14).

Description

MÉTODO DE REFINACIÓN DE FUEGO CONTINUO DE COBRE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención : Esta invención se relaciona a un método de refinación de fuego continuo intensiva de cobre sin refinar o cobre chatarra. 2. Descripción de la Técnica Anterior: La fundición de concentrados de cobre produce mata y escoria. La mata de cobre se convierte en cobre sin refinar en convertidores Hoboken de Peirce-Smith, o procesos de conversión continuos tales como Kennecott-Outokumpu o Mitsubishi. El cobre sin refinar se dirige a un proceso de refinación de fuego antes de la electrorefinación. La refinación de fuego del cobre sin refinar se lleva a cabo en hornos de reverbero o vasculares fijos llamados hornos anódicos debido a la colada más común del cobre refinado en la forma de ánodos, los cuales se transfieren a refinación electrolítica. El proceso de refinación de fuego es un proceso de hornada clásica que consiste de cuatro etapas: carga, oxidación y escorificación de impurezas, reducción y colada anódica. El tiempo del ciclo de refinación sin la etapa de fundición varia de 6 a 14 horas. El cobre oxidado después de la etapa de oxidación contiene de 5000 a 10000 ppm de oxigeno. El cobre se reduce por un agente reductor carbónico o de amoniaco. El agente reductor más común en uso son el petróleo o gas natural. El petróleo o gas natural se inyectan con aire dentro del baño de cobre fundido a través de una tobera o toberas. La reducción del cobre enfrenta limitaciones notables en la velocidad del proceso y la eficiencia de utilización del agente reductor. La etapa de reducción de la carga de cobre liquido, la cual fluctúa de 150 a 400 t, varia en el intervalo de 1.2 a 2.0 horas. La eficiencia reportada del agente reductor está debajo del 50%. La inyección del agente reductor liquido o gaseoso dentro del cobre produce humos negros en la descarga gaseosa debido a la descomposición térmica de los hidrocarburos. La utilización parcial del carbón en la reducción de oxigeno a partir del cobre produce la presencia de partículas de carbón en los gases de reducción, las cuales se queman parcialmente si la llama del quemador se oxida. Las partículas de carbón se transfieren a la descarga gaseosa del horno, creando humos negros emitidos a través de una chimenea a la atmósfera. La reducción de cobre oxidado líquido se practica por siglos y se describió primero por Georgious Agrícola (G: Agrícola: "De Re Metallica", traducida del latín, la. edición 1556 por Hebert C. Hoover y Lou H. Hoover, Dover Publications, 1950, 535-536) . Después de la oxidación del cobre con aire en un horno de solera abierta y la remoción de impurezas, el cobre se redujo con una madera. La reducción de cobre con madera (pertigado) se practica aún en algunos hornos de fundición. L. Klein presentó una nueva idea del uso del agente reductor de gas como un sustituto de la madera ("Gaseous reduction of oxygen-containing copper", J. of Metals, Vol 13, No. 8, agosto de 1961, 545-547; Patente Norteamericana No. 2,289,397, junio de 1961). El estudio mostró que la inyección de gas natural con aire establece una mejor solución que la inyección de sólo el gas natural dentro de un cobre líquido. El método de desoxidación de cobre con gas natural reformado y un aparato relacionado se han patentado por Phelps Dodge Corporation en Estados Unidos y Canadá. (C. Kuzell, M. Fowler, S. Davis y L. Klein: "Apparatus for reforming gases" Patente Norteamericana No. 3,071,454, enero de 1963; "Gaseous reduction of oxygen containing copper", Patente Canadiense No. 669,598, agosto de 1963). R. Nenych, F. Kadkler y V. Sedlacek reemplazaron la reducción convencional con madera por amoniaco, lo que permitió la producción de cobre de alta calidad. El consumo de amoniaco es aproximadamente 1 kg/t de cobre, cuando el oxígeno se reduce de 4000 a 1000 ppm. (R. Henych et al., "Copper refining by gaseous ammonía", J. of Metals, vol 17, No. 4, abril de 1955) . N. Themelis y P.Schmidt han patentado la desoxidación de un cobre líquido por inyección de varios hidrocarburos reformados (metano, etano, butano) con vapor, conduciendo a la formación del gas que contiene monóxido de carbono e hidrógeno. La instalación patentada se basó en el horno vascular ("Apparatus and process for the gaseous deoxidisation of molten metal, Patente Canadiense No. 827,066, noviembre de 1969). R.Beck, C.Anderse y M. Messner han patentado el proceso para desoxidación del cobre con la mezcla de gas natural/aire. ("Process for deoxidising copper with natural gas-air mixture, Patente Norteamericana No. 3,619,177, Noviembre de 1971) . Anaconda Company patentó un proceso de desoxidación de cobre en un horno vascular por inyección a través de lancetas de la mezcla de gas natural o diesel y vapor de agua (W. Foard y R. Lear: "Refining copper" Patente Norteamericana No. 3,529,956, septiembre de 1970). J. Henderson y W. Jonson han patentado para ASARCO el método de reducción de cobre en un horno vascular por inyección de gas natural a través de toberas ("Gas poling of copper", Patente Norteamericana No. 3,623,863, noviembre de 1971) . G. Mckerrow y D. Panlle revisaron en un escrito "Gaseous deoxidization of anode copper at the Noranda smelter" Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 11, No. 4, 1972, 629-633, la evolución de los métodos de desoxidación de cobre en el horno fundidor de Noranda utilizando gas natural inyectado a través de toberas en un horno vascular. J. Oudiz hizo una revisión general de los procesos de reducción de cobre ("Poling processes for copper refining", J. of Metals, Vol. 25, Diciembre de 1973, 35-38) . Con base en los datos industriales del consumo del agente reductor, se han analizado beneficios y problemas relacionados con el uso de varios agentes reductores, reformando reacciones y eficiencia del agente reductor. L. Lavrov ("Deoxidization of anode copper by natural gas and steam mixture", The Soviet Journal of Non-Ferrous Metals, Vol. No. 19, No. 5, traducción en ingles, mayor de 1978, 25-26) verificó el uso de una mezcla de gas natural sobrante y vapor inyectado a través de una lanceta.

C. Toro y V. Paredes ("Sustitución parcial del petróleo diesel por Enap-6 como agente reductor en el proceso de obtención de cobre anódico en la fundición Potrerillo", 34a Convención Anual IIMCh, noviembre de 1983, Rancagua) desarrollaron en escala industrial y demostraron las posibilidades del uso de aceite pesado (ENAP-6) , con contenido más elevado de azufre y bajo precio, en la reducción del cobre. J. Minoura ("Bunker fuel oil poling in anode furnace at Kosaka smelter", 114a AIME Annual Meeting, 1985, NY, USA) describe la reducción de cobre con aceite pesado (Bunker C) , mostrando las ventajas y costos bajos en comparación de la reducción del cobre con amoniaco practicada desde 1967. Referencias relacionadas al uso de tapones porosos en refinación de fuego de cobre son fragmentarias ya que en la década de 1980 (P. Goyal, N. Themelis y W. Zanchuk, "Gaseous refining of anode copper", J. of Metals, Vol 34, diciembre de 1982, 22-28; P. Goyal, S. Joshi y J. Wang "Porous plug injection in anode refining furnace", J. of Metals, Vol 35, diciembre de 1983, 52-58) . El uso de tapones porosos se transfirió desde la metalurgia de hierro y se desarrolló enseguida en el área de la colada metálica. Aplicaciones industriales en refinación de cobre se orientaron primero a desulfurización de cobre por agitación de nitrógeno. La idea de la reducción del cobre con hidrógeno introducido a través de tapones porosos se investigó solamente en una báscula de laboratorio. La descripción de la operación industrial de tapones porosos se presenta en un escrito de A, Rugby y M. Lanyi: "Porous plug in molten copper production and refining", CI '96, agosto de 1996, 393-403. La práctica operacional y los métodos propuestos de inyección, agitación de baño y tipo de agente reductor, destacan los problemas existentes en la remoción del oxigeno a partir de un cobre liquido, tal como tiempo de reducción prolongado, eficiencia baja del agente reductor y emisión de los gases con partículas no quemadas.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la invención proporcionar un nuevo método de refinación de fuego continuo de cobre. Este método se consigue por un método, el cual utiliza flotación adicional sólida del agente reductor en la superficie del cobre con agitación simultánea del baño por el gas inerte suministrado por los tapones porosos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un dibujo que ilustra esquemáticamente el principio de la refinación de fuego continua intensiva, del cobre sin refinar suministrado del horno de conversión de mata de cobre continua Mitsubishi.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método pirometalúrgico de remoción de oxigeno a partir de un cobre líquido por el uso del agente reductor carbonáceo sólido, cargado en la superficie del cobre además de la inyección del agente reductor a través de toberas o lancetas y la agitación simultánea del baño de cobre con gas inerte introducido a través de tapones porosos. El método en el cual el agente reductor carbonáceo y los hidrocarburos de petróleo y gas natural mezclados con aire o vapor reaccionan con oxígeno disuelto en cobre resulta en un alto índice de reducción, tiempo reducido e incremento de eficiencia del agente reductor. De este modo, la invención que conduce a un método de extracción de oxígeno a partir de un cobre líquido consiste de las siguientes etapas: a) Oxidación de baño de cobre en el nivel necesario para remoción de impurezas; b) Adición del agente reductor carbonáceo sobre la superficie de cobre, inyección de la mezcla del agente reductor de combustible a través de la o las toberas y agitación del baño por nitrógeno a través de tapones porosos; c) Continuación de extracción de oxígeno a partir de un cobre hasta el contenido de oxígeno deseado. De acuerdo con esta invención, la reducción (4) de cobre, después de la oxidación y escorificación de impurezas, se lleva a cabo por inyección de un agente reductor líquido o gaseoso (petróleo, gas natural) (3) con adición simultánea del agente reductor (5) sólido sobre la superficie (4) del baño de cobre y la agitación de baño con gas (1) inerte a través de tapones (2) porosos. La inyección de un agente reductor liquido o gaseoso con cantidad deficiente de aire (3) dentro del cobre (4) liquido produce reacciones químicas en el chorro gaseoso a partir de la tobera y las burbujas (9) de gas generadas emergidas : • Descomposición de hidrocarburos CnHm => n C + m H2 • Combustión parcial con aire 2C + 02 = 2 CO 2 H2 + 02 => H20 • Reducción de cobre (0) cobre + C => CO (0) cobre + CO => C02 (0)cobre + H2 => H20 La adición de carbón vegetal u otro agente reductor carbonáceo sólido en la superficie del baño de cobre inicia las reacciones en la interfaz de cobre/carbón: (0) cobre + C => CO (0) cobre + CO => C02 C02 + C = 2 CO La inyección de gas (1) inerte a través del tapón (2) poroso evita la formación del gradiente de contenido de oxígeno en el cobre disminuyendo la velocidad de reacción. La agitación continua del baño de cobre en el volumen total por gas (1) inerte asegura la transferencia de masa sobre la superficie de reacción (cobre/carbón vegetal) . La reducción de cobre (4) simultánea por el agente reductor inyectado (petróleo, gas natural) y el lecho flotante de carbón vegetal o coque incrementa notablemente la velocidad de proceso total, disminuyendo el tiempo de reducción e incrementando la productividad del horno. El lecho (5) de carbón vegetal o coque flotante en la superficie de cobre (4) permite flexibilidad más elevada de operación del quemador. Incluso en el caso de llama oxidante el carbón vegetal (5) protege al cobre contra la oxidación, permitiendo uso más eficiente de combustible y mejor control de temperatura de cobre. Además, el oxigeno en exceso en el quemador permite la post-combustión de gases (7) de reducción dejando el baño que produce gases limpios. El mayor problema de la reducción de cobre (4) por inyección de petróleo y gas natural (3) es la formación y emisión de humos negros. La descomposición térmica de hidrocarburos produce hidrógeno y carbón (9) elemental. Las partículas de carbón se hacen reaccionar parcialmente con oxígeno desde el cobre, pero parcialmente se elevan dentro de las burbujas que se liberan desde la fundición. Esta parte de carbón puede quemarse parcialmente sobre la fundición si existe suficiente oxígeno suministrado por el quemador. Pero, el monóxido de carbono primario es de gases de reacción se quema. Finalmente, la parte notable del carbón que se dirige a la chimenea se emite a la atmósfera. De acuerdo con la invención, el lecho flotante de carbón vegetal o coque en la superficie de cobre actúa como un filtro para las partículas de carbón. Las partículas se atrapan por un filtro, sinterizado y el carbón se utiliza como un agente reductor junto con el carbón vegetal. Esto conduce a utilización más elevada de carbón y eficiencia más elevada del agente reductor . Esta invención tiene las siguientes ventajas comparadas con los métodos tradicionales de la reducción del cobre : a) La aplicación de adición de carbón sólido combinada con agitación de baño por nitrógeno introducido por tapones porosos durante la inyección del agente reductor líquido o gaseoso acortando notablemente el tiempo de reducción de 40 a 60% en comparación a la práctica de reducción común. b) La eficiencia del agente reductor (carbón e hidrocarburos) se incrementa de 30 a 50% de los valores promedios de operación tradicional. c) La emisión de gases con humos negros (negro de carbono) se disminuye drásticamente reduciendo el impacto del proceso negativo en el ambiente. d) La eficiencia más elevada del agente reductor y el tiempo de reducción más breve resulta en la disminución del agente reductor unitario y el consumo de combustible asi como en el incremento de productividad del horno. e) El costo de la aplicación del método es bajo. Las modificaciones necesarias del horno de refinación son menores. f) EJEMPLO 1 La refinación del cobre se lleva a cabo en un horno anódico vascular de capacidad de 150 t de cobre como se ilustra esquemáticamente en la Figura 1. Cuatro tapones (2) porosos se montan en la parte inferior del horno. A través de los tapones porosos se inyecta nitrógeno (1) dentro del cobre (4) fundido. La velocidad de flujo de nitrógeno varia de 40 a 120 Nm3/h. El periodo de oxidación se termina al desescoriar las escorias. El contenido de oxigeno en el cobre está en el nivel de 8000 ppm. Después, 1.5 a 4 kg de carbón vegetal (5) por tonelada de cobre se carga a través de la boca sobre la superficie de cobre. El flujo del petróleo a través de una tobera se presenta (aproximadamente 4-8 kg/h por tonelada de cobre) junto con el aire (4-8 Nm3/h por tonelada de cobre) . El horno se inclina y la tobera se sumerge para comenzar a soplar dentro del cobre. La velocidad de flujo del petróleo se incrementa gradualmente hasta el punto en que los humos negros no se emiten. El ajuste del quemador se cambia. La velocidad de flujo del petróleo a través del quemador se detiene y el flujo de aire se mantiene al nivel de 3-20 Nm3/h por tonelada de cobre. El aire introducido a través del quemador asegura post-combustión efectiva de gases de reducción dejando el baño. El carbón vegetal en la superficie evita al cobre contra oxidación. Los gases de descarga producidos que salen del horno a una chimenea son limpios y aceptables para emisión. Después de 45 minutos de la inyección del agente reductor a través de la tobera, la velocidad de flujo del petróleo se asienta gradualmente y el horno se inclina colocando la tobera sobre el baño. Después, el .flujo de petróleo y aire se detienen. El contenido de oxigeno en cobre es de 400-800 ppm y el horno se prepara para colada anódica.

EJEMPLO 2 La refinación de cobre se lleva a cabo en un horno anódico estacionario de capacidad de 300 toneladas de cobre. Cuatro tapones porosos se instalan en la parte inferior de la pared lateral contra la pared con ventana de carga. La velocidad de flujo del nitrógeno a través del tapón poroso es 0.3-1.0 Nm3/h por tonelada de cobre. Después de terminar el periodo de oxidación y la desescorificación de la refinación de escoria la porción de 1.3-4.0 kg de carbón vegetal por tonelada de cobre se carga a través de una ventana sobre la superficie de cobre. Después, el flujo del petróleo se presenta a través de una lanceta (2-5 kg/h por tonelada de cobre) junto con el aire (2-5 Nm3/h de tonelada por cobre) . La lanceta se sumerge dentro del cobre y se lleva a reducción. El quemador se suministra mediante gas natural. Los parámetros del quemador se determinan: 1-3 Nm3/h de gas natural y 7-20 Nm3/h de aire por tonelada de cobre. Esto asegura post-combustión efectiva de gases de reducción y la emisión de gas de descarga limpio a la atmósfera. Después de 100 minutos, la lanceta se remueve y el petróleo y el aire que fluyen se detiene. El contenido de oxigeno se ha disminuido desde 6000-8000 ppm a aproximadamente 400-800 ppm. Después, se prosigue la colada anódica.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método de refinación de fuego continuo intensiva de cobre, el método comprende las etapas de: (a) derivación continua en un cobre liquido dentro del primer reactor de oxidación; (b) oxidación de cobre liquido con gases de combustión que contiene oxigeno o con aire; (c) formación simultánea de impurezas de recolección de escoria; (d) derivación continua fuera del cobre oxidado y refinación de escoria a partir del primer reactor; (e) derivación continua dentro del cobre oxidado en el segundo reactor de reducción; (f) reducción de cobre con carbón y gases de reducción formados por combustión parcial del combustible y carbón; (g) derivación continua fuera del cobre reducido. 2. ün método como se establece en la reivindicación 1, el baño de cobre consiste de cobre liquido sin refinar o cobre sólido reciclado fundido o chatarra, oxidado con el fin de remover impurezas. 3. ün método como se establece en la reivindicación 1, el cobre liquido se dispersa por flujo gravitacional a través de un lecho empacado de granos de cerámica u otros granos químicamente neutros, y se oxidiza con gases calientes de flujo a contra-corriente, que contiene oxígeno tal como gases a partir de combustión de gas natural o petróleo con oxígeno en exceso, que corresponde al contenido de oxígeno en los gases de combustión desde 5 a 21%. . Un método como se establece en la reivindicación 1, las impurezas con afinidad más elevada al oxígeno que al cobre, tal como hierro, zinc, plomo, arsénico, antimonio, se oxidan y forman junto con el óxido cuproso una refinación de escoria, la cual se derrama creando una capa líquida en la superficie del cobre oxidado. El azufre dísuelto forma un dióxido de azufre, el cual se libera de un cobre líquido y fluye con gases de combustión. 5. Un método como se establece en la reivindicación 1, en donde en la etapa (b) el carbón vegetal se carga sobre la superficie de un cobre líquido de 1 a 10kg por tonelada del cobre. 6. Un método como se establece en la reivindicación 1, en donde en la etapa (b) varios materiales carbonáceos sólidos pueden utilizarse en lugar de carbón vegetal, tal como carbón mineral o coque con bajo contenido de azufre (<0.8%). 7. Un método como se establece en la reivindicación 1, en donde en la etapa (c) la intensidad de inyección de un agente reductor líquido o gaseoso (petróleo, gas natural) con aire o gas inerte puede incrementarse de 10 a 100% de velocidad de inyección común sin la disminución de eficiencia del agente reductor y la generación de humos negros.