Modelamiento del enfriamiento controlado de escorías de fusión de cobre

Abstract

Cuando ocurre un enfriamiento lento de la escoria de fusión de Cobre en ollas o recipientes, esta permite la sedimentación de gotas de cobre y sulfuro de cobre pudiendo observarse 2 fases, la superior en donde se encuentra la matriz de la escoria con cobre diseminado y una inferior la cuál ha sido nombrada como un botón de cobre. El tiempo de enfriamiento de las escorias de cobre afecta directamente sobre sus propiedades, dependiendo la velocidad en la cual se solidifiquen El objetivo del presente trabajo es crear un modelo de sedimentación y coalescencia de gotas de metal blanco y de cobre metálico mediante el enfriamiento controlado de escorias de fusión de cobre del Convertidor Teniente, el cuál prediga la formación del botón de mata, así como también la composición y las características de la escoria remanente, mediante herramientas computacionales apoyadas con pruebas experimentales. Se realizan pruebas en el laboratorio de pirometalurgia del Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de Chile, las cuales consideran la utilización de un horno de fusión a alta temperatura que permite llegar a los 1350°C y simulaciones llevadas a cabo con el software de modelación Ansys el cual corresponde a un CFD. El volumen de control para las pruebas corresponde un crisol cilíndrico de alúmina con un diámetro interno de 18 mm, una altura de 105 mm y un espesor de paredes de 2 mm, en donde la escoria utiliza alrededor de 45 mm de altura y se pretende identificar la recuperación de cobre en la sección inferior (botón de cobre). En relación al tipo de enfriamiento las pruebas experimentales demuestran que desde bajos tiempos de sedimentación se tienen altos porcentajes de recuperación de cobre en la sección inferior, sin embargo, para los mismos tiempos, el tipo de enfriamiento si tiene una influencia aumentando en hasta un 9% la recuperación de cada una de las pruebas. En las simulaciones se observa un comportamiento diferente con respecto a las pruebas experimentales con respecto a los valores de recuperación lo cual es debido a las condiciones iniciales impuestas en las simulaciones que representa de mejor manera el enfriamiento, pero si demuestran la similitud que se obtiene en las pruebas experimentales para ambos tipos de enfriamiento (súbito y por convección natural). Para el enfriamiento controlado se observa una concentración considerable para bajas rampas de enfriamiento en el cual se llega a obtener un crecimiento constante de la recuperación en la zona inferior de hasta un 38% para la rampa de 0,5°/min (400 minutos de enfriamiento) lo cual indica que a mayores tiempos puede crecer la recuperación en el botón de cobre. Con respecto a la concentración de Cobre se observa un crecimiento considerable para las pruebas cuando se superan los 100 minutos de enfriamiento llegando a concentraciones cercanas a un 87% en el fondo del crisol y una ley promedio de la sección inferior de 69,3% de Cobre (para la rampa de 0,5°/min), el cual puede ser recirculado a la etapa de conversión.