Modelo geometalúrgico predictivo de la viscosidad de escorias de fusión en función de la cantidad de minerales de arcilla en concentrados de cobre

Abstract

Los minerales de arcilla, usualmente asociados a la ganga presente en depósitos sulfurados de cobre, son arrastrados al concentrado durante la flotación, y posteriormente a la escoria durante la operación unitaria de fusión en el proceso pirometalúrgico para la producción de cobre metálico. Una de las variables de transporte de mayor relevancia es la viscosidad, y en el caso de las escorias tiene implicancia directa tanto en el atrapamiento mecánico de cobre como en el desgaste de ladrillos refractarios, producto del contacto con la fase de mata y con la mampostería del reactor, respectivamente. Se han realizado estudios empíricos que buscan clarificar el efecto de la concentración de distintos óxidos sobre la viscosidad de las escorias y también se han desarrollado modelos de comportamiento teórico. Sin embargo, a la fecha no existe un modelo predictivo de viscosidad de escorias fundidas basado en el tipo y concentración de minerales arcillosos contenidos en los concentrados de cobre alimentados al proceso pirometalúrgico del cobre. En el presente estudio, 200 g de una mezcla de escoria fayalítica sintética dopada con 2, 5 u 8% en peso de caolinita o montmorillonita fue cargada en un crisol de alta alúmina y fundida a temperaturas de 1.275, 1.300, 1.325 y 1.350 °C en un horno eléctrico bajo atmosfera controlada de CO/CO2/N2 ajustando a una presión parcial de oxígeno de 10-8 atmósferas por un tiempo de 8 horas. Se realizaron pruebas de reometría manteniendo las condiciones antes señaladas, con el objetivo de determinar el efecto de la concentración de los minerales arcillosos sobre la viscosidad y el esfuerzo de corte de la fase fundida. Adicionalmente, se realizaron pruebas de equilibrio bajo las mismas condiciones experimentales antes descritas pero para las dos temperaturas más bajas a modo de caracterizar mediante microscopía óptica, XRD y XRF, previa calibración con ICP-MS los cambios composicionales de la fase fundida dada la adición de arcillas. Finalmente, los resultados experimentales pueden ser correlacionados cualitativamente con el atrapamiento mecánico de cobre y el desgaste del ladrillo refractario del reactor de fusión utilizado. Comparados con un concentrado no arcilloso, se esperaría que la fusión de aquellos concentrados ricos en caolinita o montmorillonita: i. Promuevan el atrapamiento mecánico de cobre durante la formación de escorias fayalíticas producto de un aumento en la cantidad de magnetita en la fase oxidada. ii. Promuevan el desgaste de la mampostería refractaria dada la desintegración de los granos de periclasa que conforman el ladrillo formando spineles ricos en silicatos y alúmina. El desarrollo de esta tesis se enmarca en el desarrollo del proyecto INNOVA CSIRO CHILE 10CEII-9007, el cual proveyó como herramienta de caracterización híper-espectral el Hylogger-3.