Modelación termo-fluidodinámica en el proceso de conversión continua Enami de mata de cobre en reactor de lecho empacado

Abstract

El proceso de conversión de mata a cobre 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, esto ha motivado el desarrollo de procesos continuos y de menor costo. Es dentro de este marco, que el grupo de pirometalurgia de la Universidad de Chile, en conjunto con ENAMI y el AMTC (Advanced Mining Technology Center), 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 oxígeno en contracorriente en un reactor de lecho empacado con una capacidad de 80 [g/min]. En el espíritu de este proyecto, es que en el presente estudio se modeló de forma computacional la fluidodinámica, termodinámica y cinética del azufre presente en el sistema de conversión continua de cobre en lecho empacado, en lo que comúnmente se conoce como modelo CTFD. Esto, con el fin de obtener parámetros de operación que sean aplicables a la actual planta piloto ubicada en la fundición Hernán Videla Lira de ENAMI, y posteriormente a escala industrial cuando el sistema entre en operación. De este modo, se realizaron simulaciones tanto de sectores del lecho empacado, como de reactores a escala laboratorio e industrial, en dos y en tres dimensiones, y tanto en estado estacionario como transiente. En base a éstas, es que se encontró una región de operación con buenos resultados que viene guiada por parámetros de operación como son la velocidad inicial (u_i), fuertemente ligada al número de Reynolds del sistema (Re), la porosidad del lecho (P) y la altura de éste. Región que se resume en las siguientes ecuaciones para 4 alturas distintas de lecho (25, 47, 100 y 195 [cm]): P_25=12.33∙ln(u_i)+79.2 P_25=21.39∙ln(Re)-141 P_47=27.65∙ln(u_i)+159.9 P_47=13.95∙ln(Re)-70.4 P_100=54.85∙ln(u_i)+233.3 P_100=61.13∙ln(Re)-457.2 P_195=14.43∙ln(u_i)+84.2 P_195=16.35∙ln(Re)-99.5 Además, en base a los resultados, se encontró que la desulfuración de cobre está fuertemente dominada por la convección en todos sus procesos y que para ser llevada a cabo con buenos resultados el flujo que atraviesa el empaquetamiento debe ser de carácter laminar, independiente que este se componga de dos fluidos inmiscibles en contracorriente. Sin embargo, pese a los resultados encontrados, éstos necesitan ser validados en estudios futuros, lo cual mejoraría el modelo, dándole más realismo y complejidad al mismo, transformando la simulación en una fuerte herramienta a tener en cuenta a la hora de llevar a cabo la operación. Pese a lo anterior, se destaca que en base a estos estudios y otros cercanos realizados, existe una concreta y promisoria utilización de la nueva tecnología de conversión continua en reactor de lecho empacado como reemplazo de aquellas tradicionales, la cual solo debe ser optimizada y mejorada en ciertos aspectos. Debido a esto, es que el presente trabajo pretende ser un buen referente que contribuya a la consagración de esta tecnología por sobre las existentes.