Cinética de Conversión de mata de cobre y distribución de impurezas en lecho empacado

Abstract

La conversión de mata a Blíster, es una etapa tradicional e indispensable del proceso productivo de cobre metálico a partir de concentrados sulfurados, sin embargo, sus costos asociados por concepto de energía son crecientes y las normas medioambientales resultan ser cada vez más estrictas respecto a las emisiones de gases fugitivos e impurezas, lo anterior, ha motivado el desarrollo de procesos continuos y de menor costo. Es así como el grupo de pirometalurgia de la Universidad de Chile ha investigado y desarrollado un nuevo proceso de conversión continua basado en la oxidación de mata de cobre con un flujo de aire o aire enriquecido con O2 en contracorriente en un reactor de lecho empacado con una capacidad de 80 [g/min]. En este estudio, se investigó, mediante pruebas experimentales a escala de laboratorio, la cinética de oxidación de mata y la distribución de impurezas de As, Sb, Pb y Zn en relación a cuatro variables: ley de cobre en la alimentación [%Cualim], flujo de gas de reacción [Qg], enriquecimiento de O2 del gas de reacción [%O2], y altura de lecho empacado [H]. Las pruebas experimentales se llevaron a cabo a una temperatura de 1250°C y una tasa de alimentación de 20 [g/min] de mata de cobre, variando %O2 desde 21 (aire atmosférico) hasta 40%, Qg entre 20 y 40 [l/min], H de 12 a 21 [cm] y %Cualim de 62 a 73% en peso. La oxidación de la mata de cobre, en términos de la desulfurización, resultó ser gobernada por una cinética de primer orden en donde el contenido de azufre en el Blíster, [S], depende del %O2 y de los parámetros de diseño del reactor de lecho empacado: En el proceso, se observó una alta cinética de oxidación debido al incremento del área de reacción generada por la mayor dispersión de la mata de cobre dentro del lecho empacado, reportando una tasa de desulfurización estandarizada mínima de 5.67x10-3 [mol/g/min], lo que equivale a 4 veces su correspondiente en los procesos convencionales. De manera paralela se determinó que la difusión del gas oxidante controla la cinética de la reacción. Los resultados relativos al comportamiento de impurezas indicaron que la eliminación desde la mata de cobre hacia las fases de escoria y gas es fuertemente dependiente del %O2 y de H. Un aumento de esta última contribuye a prolongar la residencia de las impurezas en el lecho empacado, mejorando el contacto con el gas de reacción, mientras que un mayor %O2 favorece la oxidación de las impurezas y su posterior escorificación y volatilización. En comparación al proceso convencional, las eliminaciones de As y Sb fueron similares, mientras que aquellas para Pb y Zn resultaron ser mayores. Los resultados del estudio indican una concreta y promisoria utilización de la novedosa tecnología de conversión continua en reactor de lecho empacado como reemplazo de aquellas tradicionales. Finalmente, se proponen algunos temas relacionados con este estudio en los que se debe ahondar a futuro para complementar y mejorar la tecnología.