Estudio físico-químico de las escorias y mata de los hornos flash y eléctrico enfocado al análisis de las pérdidas de cobre

Resumen

Esta tesis doctoral tiene con finalidad el estudio de las variables de proceso que afectan a las pérdidas de cobre en escorias procedentes de un Horno de Fusión Flash (Outotec) y de un Horno Eléctrico de tratamiento de escorias de la fundición Atlantic Copper S.L.U (Huelva, España). Este estudio se llevó a cabo mediante la caracterización química-mineral y textural de muestras de fundidos industriales, el uso de la modelación termodinámica de los sistemas en equilibrio, y el desarrollo de metodologías de evaluación de las pérdidas de cobre y cálculos de proceso, basados en balance de masa y energía y los procesos de decantación de gotas de mata. Este trabajo consta de cinco capítulos. El capítulo 1 corresponde a la introducción donde se realiza una descripción del proceso productivo de la fundición Atlantic Copper y una revisión bibliográfica sobre los fundamentos físico-químicos de la fusión de cobre y las pérdidas de cobre en las escorias. En el capítulo 2 se presenta la propuesta de tesis. El capítulo 3 describe la toma de muestras de los distintos materiales y las distintas técnicas analíticas. El capítulo 4 presenta los resultados obtenidos y su discusión los cuales son divididos en 3 bloques: un primer bloque que recoge la caracterización de los materiales involucrados en el proceso de fusión flash, un segundo bloque que analiza desde el punto de vista del equilibrio termodinámico las escorias procedentes de la fusión flash y horno eléctrico, y un último bloque dedicado al análisis del proceso de fusión y decantación de la mata. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones obtenidas El conjunto de estos estudios permitió realizar una evaluación y diagnóstico de los procesos con el objeto de aportar conocimiento a la práctica industrial para su optimización. Los resultados más importantes obtenidos son: - El estudio de caracterización químico-material y textural de los fundidos escoria-mata una vez solidificados y muestreados en la corriente de gases de horno flash, mostró que la dimensión real del espacio reactivo del proceso de fusión tiene escala de gota micrométrica de fundido, haciendo intuir las limitaciones cinéticas del proceso. - La composición de los tipos de escorias I y II observada en los materiales arraastrados por los gases de horno flash, refleja distintas condiciones térmicas y fluctuaciones de la presión parcial de oxígeno y sirven de alimentación a las acreciones formadas en la salida de gases del horno. - Las escorias del Horno Flash se encuentran sobrecalentadas 109ºC por encima de la temperatura liquidus de la magnetita. El contenido de la magntita, el contenido de cobre disuelto y el grado de mata de las gotas de mata atrapada indican que las escorias tienen un grado de oxidación mayor que la mata de fondo del baño. Esta condición de no equilibrio favorece las pérdidas químicas de cobre en la escoria. - Las escoriass del Horno Eléctrico muestran un bajo grado de reducción favoreciendo las pérdidas químicas de cobre y un sobrecalentamiento de 114ºC sobre el cotéctico magnetita-fayalita. - Las pérdidas de cobre en las escorias del horno flash y del horno eléctrico son principalmente de tipo químico. La cuantificación realizada estima un 73% de pérdidas químicas en el horno flash y un 85% en el horno eléctrico. - Los resultados del modelo de balance y energía de proceso de fusión muestran una adecuada concordancia a los valores industriales. La introducción de coeficientes de distribución y ratios moleculares en el modelo permitieron conocer la distribución del Zn y del PB en las distintas fases del proceso, y tener una estimación de las pérdidas químicas de cobre en la escoria. - Los modelos de decantación de gotas de mata en el baño de los hoernos flash y eléctrico desarrollado en base a las propiedades reológicas, a la temperatura de la escoria líquida, a los tiempos de residencia y a la altura de la capa de escoria calculados, muestran una efectiva decantación con un elevado grado de limpieza.