Transferencia tecnológica en metalurgia

DEPARTAMENTO INGENIERDEPARTAMENTO INGENIERÍÍA A METALMETALÚÚRGICA RGICA -- DIMETDIMET

Creando conocimiento desde 1961Creando conocimiento desde 1961

Jaime Alvarez M.Jaime Alvarez M.Concepción 5 de Septiembre de 2006

III Taller de DifusiIII Taller de Difusióón Minera Regin Minera Regióón del n del BBííoo--BBííoo

“Transferencia tecnológica en metalurgia, experiencia de la Universidad de Concepción”

DEPARTAMENTO INGENIERÍA METALÚRGICAUniversidad de Concepción

Breve ReseBreve Reseñña Hista Históóricarica

El 28 de Noviembre de 1961, el Rector de la Universidad de Concepción don David Stitchkin Branover firmó el decreto que crea el Departamento de Ingeniería Metalúrgica, por iniciativa del entonces Decano de la Escuela de Ingeniería Profesor Gustavo Pizarro C.

Gracias al empuje visionario del Ingeniero Don Alexander Sutulov P. el Departamento logró vincularse fuertemente con el sector minero-metalúrgico, siendo el año 1965 el inicio de la presencia de profesionales metalúrgicos egresados de esta Universidad, en la actividad productiva más importante del país.


MURAL HISTORIA DE LA MINERIA CHILENA


El Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Concepción, DIMET, es la unidad académica encargada de la formación de los estudiantes de pre y postgrado, conducente a los títulos de Ingeniero Civil Metalúrgico y los grados de Magíster y Doctorado en Ingeniería Metalúrgica.

Su experiencia de más de 45 años de actividad ininterrumpida, en laenseñanza superior y en actividades de investigación y desarrollo, es aval del prestigio alcanzado a nivel nacional e internacional, en el campo de la metalurgia extractiva.

A la fecha, a través de su Programa de Pregrado se han titulado cerca de 600 Ingenieros Civiles Metalúrgicos y a través del Programa de Postgrado se han graduado cerca de 50 estudiantes de Magíster y Doctorado.


Entre los estudiantes que han recibido su postgrado en nuestro Departamento se encuentran además alumnos procedentes de Perú, Argentina, Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador, Italia y China.

A nivel de la formación de pregrado, el DIMET actualiza permanentemente su malla curricular, mejorando la especialización y reforzando la secuencia de asignaturas de gestión, administración, idioma, aspectos legales, éticos y de seguridad industrial. Además, de acuerdo con su proceso de autoevaluación se acortó la carrera a un total de once semestres, incluida la memoria de título.


Pensamos que la mejor estrategia para nuestro constante desarrollo es establecer equipos de trabajo con el sector industrial y otras universidades nacionales e internacionales, redes temáticas de intercambio de información, temas de I&D dentro de un plan específico de trabajo que acerque el laboratorio a la empresa.

La tradición del DIMET no determina una implicancia regional. Sus actividades están principalmente centradas en el norte del país y en el resto de la región minera latinoamericana.


Gira Industrial 2005 – Alumnos PREGRADO


Sobre la calidad de nuestros profesionales:

Los requerimientos internacionales son cada vez más exigentes en torno a normas de calidad, tanto en la gestión empresarial como en la obtención de productos finales. Si a esto le sumamos las fuertes restricciones ambientales imperantes a nivel global, nos obliga a contar con personal muy capacitado y con altos grados de especialización para satisfacer las demandas de la industria de hoy.

Por lo tanto la formación aborda dos aspectos:Cuadros para realizar investigación en Universidades y centros de investigación Ingenieros de producción, capaces de interactuar con los primeros.

Los criterios serán siempre los que nos lleven a la excelencia académica en su formación científica- tecnológica.


Arco de Medicina

Ingeniería Metalúrgica

ÁÁREAS de INVESTIGACIREAS de INVESTIGACIÓÓN, INNOVACIN, INNOVACIÓÓN Y N Y DESARROLLODESARROLLO


PROCESAMIENTO DE MINERALESEspesamiento y Filtración: Ph.D. Fernando Concha Mecánica de Fluidos Computacional: Dr. Arturo BarrientosConcentración de Minerales-Flotación: Dr. Sergio Castro, M.Sc. Jaime Álvarez

METALURGIA QUÍMICAElectroquímica: Dr. Froilán Vergara, Dr. Antonio PaglieroHidrometalurgia: Ph.D. María Cristina Ruiz, Ing. Fernando ParadaPirometalurgia: Dr. Roberto Parra, Ph.D. Rafael Padilla, Ph.D. IgorWilkomirsky

MODELACIÓN DE PROCESOSDr. Christian Goñi

MEDIO AMBIENTE Y DISPOSICIÓN DE RELAVES (MEDIR)Dr. Mario Sánchez



ÁÁÁrea PROCESAMIENTO DE MINERALESrea PROCESAMIENTO DE MINERALESrea PROCESAMIENTO DE MINERALES

Ph.D. FERNANDO CONCHA [email protected]

Investigación en ESPESAJE Y FILTRACIÓN

Colaboradores: Dra. Pamela GarridoIng. Ronald Burgos


INTRODUCCIÓN

Entre los años 1975 y 1980 la Universidad de Concepción desarrolló un modelo fenomenológico unificado de sedimentación-consolidación para el espesamientode suspensiones compresibles e incompresibles que ha sido aceptado internacionalmente.

Las Universidades de Concepción y Stuttgart, en trabajo conjunto, presentaron entre los años 1980 y 1999, el análisis matemático y soluciones numéricas de la teoría fenomenológica de sedimentación-consolidación.

Los primeros pasos en el campo de la separación sólido-líquido en espesadores la dio el profesor Fernando Concha en el capítulo “Thickening” de su Tesis de Doctorado en 1968.

Posteriormente se presentó este trabajo en el Seminario UNESCO – Universidad de Concepción, Concepción en 1969.

Las Memorias de Ingeniería de Osvaldo Bascur y Arturo Barrientos en la Universidad de Concepción en 1976 y 1978 respectivamente, dieron las basesdel modelo fenomenológico de sedimentación-consolidación.

INSTRUMENTACIÓN

Como resultado de la Incubadora de empresas, IDEA INCUBA, de la Universidad de Concepción, nace como “spin off” la empresa CETTEM Ltda. que desarrolla instrumentación para la medición de los siguientes parámetros de espesamiento:

● Concentración de sólidos en suspensiones

● Densidad de flujo de sólidos

● Esfuerzo efectivo de sólidos



Medición del % de sólidos de una pulpa

Balanza Marcy. Densitest.Instrumento antiguo Instrumento nuevo


Medición de Densidad de Flujo de sólidos

Método tradicional Instrumento nuevo Sedirack

Medición de la compresibilidad del sedimento Seditest yelementos periféricos


Formato de Resultados


Agua

Concentración final



Dr. ARTURO BARRIENTOS RÍ[email protected]

Investigación en:♦ MECÁNICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL


Proyectos que han permitido aumentar considerablemente la capacidad de fusión del Horno Flash en la Fundición de Codelco Norte:

“Mejoramiento del sistema de alimentación del Aire de proceso al Horno Flash Outokumpu”“Optimización del Quemador de Concentrado del Horno Flash Outokumpu”

Quemador de concentrado antiguo Nuevo Quemador de concentrado

La herramienta que se ha usado en este desarrollo es la Mecánica de Fluidos Computacional, más conocida como CFD, enmarcada en Fenómenos de Transporte y métodos numéricos avanzados.



Recuperación de Cobre Impregnado en los Ripios de Lixiviaciónmediante un Nuevo Proceso de Elución

Este trabajo condujo a la patente de invención: “Procedimiento para recuperar el cobre que se pierde como producto de la impregnación química y física en procesos de lixiviación en pilas o bateas de materiales arcillosos que comprende aplicar una solución de elución disuelta en una solución soporte”, Patente de Codelco Chile, Nº 42673. Autores: A. Reghezza, M. Osses, A. Barrientos, M. González.

Otros trabajos de apoyo a la optimización de procesos industriales, que se pueden destacar:

Simulación baño fundido y tren de gases nuevo Convertidor Teniente 3000 TPD (Inconsult- Codelco Norte).

Ingeniería conceptual mejoramiento espesamiento de concentrado y de relaves (El Teniente).

Simulación numérica de campanas de extracción de gases para su optimización (CodelcoNorte, El Salvador).



SERGIO CASTRO [email protected]

Investigación en:♦ FLOTACIÓN Y QUÍMICA DE SUPERFICIES


LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Flotación de sulfuros de cobre.

Flotación de selectiva de molibdenita.

Flotación y depresión de enargita.

Lixiviación alcalina de As en concentrados de Cu.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Flotación de sulfuros de cobre.

Flotación de selectiva de molibdenita.

Flotación y depresión de enargita.

Lixiviación alcalina de As en concentrados de Cu.


DESARROLLO DE UN PROCESO PARA DESARSENIFICACIÓN Y DESPIRITIZACIÓN DE CONCENTRADOS DE COBRE.

Objetivos:

Flotación selectiva de minerales con arsénico.

Lixiviación alcalina de especies con arsénico desde concentrados de cobre.

PROYECTOS FONDECYT:


FLOTACIÓN SELECTIVA DE MINERALES CON ARSÉNICO

Objetivos

Estudiar la química de superficies de la enargita.

Investigar la flotación de enargita.

Avanzar en el desarrollo de un proceso de flotación selectiva de arsénico.


LIXIVIACIÓN ALCALINA DE ESPECIES CON ARSÉNICO

Se demuestra la factibilidad técnica de implementar un proceso de purificación de concentrados de Cu altos en arsénico, por lixiviación alcalina.

El proceso es completamente selectivo, es decir, disuelve sólo el arsénico, mientras que el cobre queda retenido en el residuo.



JAIME ALVAREZ [email protected]

Investigación en:♦ CONCENTRACIÓN DE MINERALES♦ FLOTACIÓN

Resultados Proyecto FONDEF MI-09 "Flotación de Minerales por Control de la Tensión

Superficial de la Pulpa"

La investigación fue llevada a cabo en el Departamento de IngenieríaMetalúrgica y tuvo por objetivo mejorar la selectividad de la pirita en la flotación de minerales con predominio en calcopirita.

Se realizó mediante el control de la tensión superficial de la pulpa con metanol, en ausencia total de cal.

Como resultado principal, se obtuvo un concentrado de cobre bajo en pirita y una mayor recuperación de molibdenita.

Se encontró el mejor resultado en la flotación primaria, al usar la mezcla de colector 60% S–701 (9 gr/ton) de Molycop y 40% MIBC (6 gr/ton) como espumante, en un medio de 1% v/v metanol en la pulpa.


Mediciones de Ángulo de contacto mediante Goniómetro



La técnica fue probada con éxito a nivel de laboratorio, con los siguientes beneficios en la flotación primaria:

Obtención de concentrados bajos en pirita para una recuperación de cobre similar a la obtenida mediante el proceso de flotación convencional.

Leyes de concentrado de cobre final, levemente superior a la obtenida por flotación convencional.

Recuperaciones de molibdenita entre un 5 y 10% mayor, respecto a la flotación convencional.

Menor consumo de reactivos colectores y espumantes.

Ventajas indirectas

Mayor capacidad de fusión: Se espera obtener un concentrado con menor cantidad de pirita, con lo que se genera un aumento en la capacidad de fusión de cobre.

Ahorro por transporte: Parte importante del costo de los productos finales es el costo en que se incurre por concepto de traslado y fletes. Es importante, sobre todo en este caso, que el concentrado se debe trasladar a fundiciones dentro y fuera del país.

Efecto de continuidad en el proceso: Se espera una mejor eficiencia en las etapas de filtrado y secado de concentrados, como consecuencia de disponer de pulpas de una menor tensión superficial.



Investigación en cursoInvestigación en curso

Actualmente se trabaja en un proyecto sobre separación de especies minerales sulfuradas de cobre con y sin arsénico, por flotación, controlando el potencial redoxde la pulpa mediante el uso de agentes oxidantes y reductores.

Actualmente se trabaja en un proyecto sobre separación de especies minerales sulfuradas de cobre con y sin arsénico, por flotación, controlando el potencial redoxde la pulpa mediante el uso de agentes oxidantes y reductores.


Concentrate Mineralogy



ÁÁÁrea METALURGIA QUrea METALURGIA QUrea METALURGIA QUÍÍÍMICAMICAMICA

Dr. ANTONIO PAGLIERO N. Dr. FROILÁN VERGARA G. [email protected] [email protected]

Investigación en ELECTROQUÍMICA

Colaborador: Ing. Eugenia Araneda,



ÁREAS DE ESPECIALIZACIÓN

Control de procesos plantas de EW y ER de cobre, House keeping de plantas electrolíticas.

Esta área se preocupa del estudio de las variables de proceso en los factores de rendimiento de las plantas electrolíticas y su interrelación, se trabaja con datos de plantas y el análisis de planillas históricas de producción, además se contemplan mediciones en plantas.



Análisis de parámetros de producción en plantas de refinerías electrolíticas



Presentación 3D de la variación de corriente en celdas electrolíticas para cobre



Procesos de electrodos: Ánodos insolubles EWCorrosión de ánodos Pb-Ca-Sn

Las aleaciones Pb-Ca(0,06%)-Sn(1,25%) laminadas constituyen la base principal para la fabricación de los ánodos para EW.Los ánodos durante la operación se van consumiendo generando un material conocido como borra que ingresa a la celda con riesgo de contaminar los cátodos además de perder propiedades mecánicas que influyen sobre su planitud y por lo tanto con los riesgos de generar cortocircuitos. Por lo anterior es importante mantener un control permanente sobre estos elementos.

Corrosión de ánodos en EW.



Celda para coulombimetría.

1) Celda de acrílico 2) Electrodo de Pb-Sn-Ca 3) Electrodo de referencia 4) Contraelectrodo 5) Termómetro 6) Refrigerante 7) Fijador de electrodo 8) Canal de entrada de la solución9) Canal de salida de la solución

Celda de evaluación del comportamiento de los ánodos frente a la corrosión.

Esquema pruebas de reducción culombimétrica de ánodos de Pb-Ca-Sn. Respuestas de los ánodos frente a la corrosión.



Estudios de calidad catódica en procesos de EW y ER con cátodos permanentes

Morfología superficial cátodos de EW.



Corrosión de cátodos permanentes en EW y ER

Muestra doblada del cátodo de acero inoxidable

Zona doblada del cátodo de acero inoxidable (X5)

Ensayo de susceptibilidad frente a la corrosión intergranular a cátodos permanentes.



Montaje de ánodos y cátodos en EW y ER

El éxito de una planta electrolítica depende principalmente del comportamiento de sus electrodos y no es la excepción para EW y ER de cobre. Uno de los problemas principales dice relación con el montaje sea de la placa de acero inoxidable como de las planchas de aleación Pb-Ca-Sn a las barras conductoras de cobre, responsables de la conducción eléctrica de la corriente al plano de los electrodos.



Cortes transversales de cátodos permanentes para estudiar el estado entre la placa de acero inoxidable y la barra de cobre.

Metalografía de cátodos permanentes para determinar la calidad de la soldadura.



Control ambiental en plantas de EW y ER de cobre.

La generación de neblina ácida ha sido inherente al proceso de EW de cobre producto de la oxidación del agua en oxígeno y el arrastre posterior de solución por dichas moléculas en su trayecto al medio ambiente. Muchas investigaciones se han realizado tendientes a aminorar este impacto en las condiciones medioambientales de los lugares de trabajo, una de las líneas dice relación con el uso de ciertos aditivos que actúen sobre la tensión superficial de la solución para evitar el paso de las burbujas al medioambiente.

Instalación para evaluar la acción de ciertos aditivos sobre la generación de neblina ácida en EW de cobre.



Desarrollo de nuevos electrodos

En el año 1997 el grupo se adjudicó un proyecto FONDEF(D97 I1056) por tres años con un presupuesto alrededor de un millón de dólares con el objetivo de desarrollar el estado del arte de los ánodos actualmente en uso en EW de cobre y generar nuevos materiales alternativos con fuerte impacto en la energía. El proyecto fue patrocinado por la ex División Chuquicamata de Codelco Chile y se obtuvo el apoyo internacional de la Universidad Libre de Bruselas a través de su departamento de Electrometalurgia.

Nuevos tipos de ánodos

En el marco del proyecto Fondef se inició una nueva línea de nuevos ánodos basados en lograr generar microdepósitos activos sobre un sustrato con microporos de titanio anodizado, línea aún abierta generando nuevas alternativas anódicas.



Evolución de los peaks de óxido de titanio y Ti elemental en función del tiempo de decapado Resultados de análisis y tratamiento de imagen

obtenidas por SEM Efecto del Potencial de anodización.



Micrografía muestra, anodizada a 500 [A/m2] y 120 [ V ].

Micrografía muestra anodizada a 500 [A/m2] y 140 [ V ].

Razón área de poros área total. Razón área de poros área total.



Obtención de films de anodización sobre láminas de titanio puro en carbonatos fundidos

En el marco anterior se está desarrollando actualmente una investigación cuya primera etapa busca la optimización de las condiciones experimentales a escala laboratorio para la formación de recubrimiento metálico sobre Ti mediante la técnica de sales fundidas.

En una primera fase se pretende además evaluar la relación existente entre algunas variables operacionales y la calidad química y microestructural de estos films.

Para posteriormente, en una segunda etapa, estudiar propiedades y comportamiento electroquímico y mecánico de las microcapas obtenidas.



Esquema del equipamiento experimental utilizado para la anodización de Ti en sales fundidas y microfotografía del depósito obtenido sobre la placa metálica.



Nuevos usos del cobre

Producción de polvos de cobre en la escala nanométrica por electrodepositación

En este proyecto en ejecución, se propone lograr la producción de polvos de cobre de alta pureza en el umbral de la escala nanométrica con tamaños inferiores a 100 nm mediante la electrodeposición con pulsos de corriente a partir de una solución rica en cobre.



Esquema del sistema de generación de pulsos de corriente de oxidación y reducción para la obtención de nanopolvos de cobre vía electrolítica.

Imágenes obtenidas en TEM de nanopartículas de cobre obtenidas por electrodepositación.



Inppamet es la empresa nacional que provee más del 80% de los ánodos Pb-Ca-Snlaminados a nivel nacional, para el proceso de EW de cobre y una parte importante para el mercado latinoamericano. A partir del año 2001 y producto del conocimiento que el grupo tiene sobre el tema, se ha establecido un convenio marco en el cual la Universidad de Concepción a través de este grupo, controla la producción total de sus ánodos emitiendo mensualmente y cuando la empresa lo requiere, los informes de control.

Fotomicrografías de ánodos Pb-Ca-Sn fabricados bajo diferentes condiciones, 200X



Ph.D. María Cristina Ruiz [email protected]

Investigación en HIDROMETALURGIA

TRABAJOS REALIZADOS

Tratamiento Hidrometalúrgico de Metal Blanco.

Modelación Matemática de un Mezclador.

Decantador para Extracción por Solventes.

Lixiviación de Sulfuros de Cobre con Cloruro Cúprico-Oxígeno.

Lixiviación a presión de sulfuros de cobre.


LIXIVIACIÓN DE CALCOPIRITA SULFURIZADA EN AUTOCLAVE

Residuo de lixiviación apresión: pirita porosa


COBRE POR:SULFURIZACIÓN-LIXIVIACION-ELECTROOBTENCION





Dr. ROBERTO PARRA [email protected]

Investigación en PIROMETALURGIA



Procesos de Metalurgia Química con especial atención a la optimización y diseño para el control ambiental.

Combustión de concentrados de Cu aplicando la teoría del grupo de combustión, estudio a nivel de laboratorio y escala industria (Anglo American).

Fisicoquímica de superficies a alta temperatura para identificar mecanismos básicos de la corrosión de refractarios en la pirometalurgia del cobre (ECOS Conicyt C02.E04 y MAT2000-1715, Universidad de Oviedo, España).

Fisicoquímica de escorias para nuevos procesos de fusión directa a blister (FONDEF D03 I-1102).

Fisicoquímica de la volatilización de especies del grupo Va: As, Sb y Bi (McGillUniversity, Montreal (Canadá) y AA Chile).

Electroquímica de sulfuros en sales fundidas (Fundición Caletones, División El Teniente).



Patentes asociadas a los proyectos:

Nodal Wear Model (NWM): Nueva metodología para el evaluar, simular y diseñar mampostería refractaria.

Sistema de análisis para la carga de un Horno de Fusión Flash (HFF).

Concepto del reactor de capa fundida.

Evaluación de la distribución de elementos menores en fundiciones de Cu.

Aplicación de electrólisis de sales fundidas a la producción de Cu.

Proceso de tostación sulfidizante bajo vacío para el control de elementos menores en fundiciones de cobre.



Diseño de crisoles de Alto Horno



El perfil térmico permite aplicar una ecuación de desgaste determinada por el mecanismo de control fisicoquímico del fenómeno que ocurre en la interface sólido / líquido.



0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10 12 14

365 días5 años

10 años

15 años

Condición A: Desgaste tipo pozo central



0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10 12 14

365 días5 años 10 años

15 años

Condición B: Huella de Elefante



Chemical control and castabledolomitic sole with intensive refrigeration on the shell.

2.712002002

Chemical control and castabledolomitic sole and higher conductivity in the security refractory.

1.44452000

Capillary control of the wear corrosion phenomena. Magnesite sole

1.2191999

CommentsProductivity (Ton×hr-1)

Tapings between sole reconstructionYear

Aplicando un nuevo diseño a partir del NWM se obtuvo:

Diseño de Solera de Horno Eléctrico



Propiedades Interfaciales en el Sistema Cu2S – FeS / óxidos constituyentes de refractarios usados en la pirometalurgia del Cu.

Dinámica de Mojabilidad de FeS sobre MgO



SEM micrographs for Cu2S on MgO: (a) cross-section of solidified drop, (b) details of the interface.




Ph.D. RAFAEL PADILLA DURÁ[email protected]

Investigación en PIROMETALURGIA

Colaboradores: Ph.D. H.Y. Sohn, U. de UtahIng. Fernando Parada, U. de Concepción

Memoristas, U. de Concepción: Marcelo Rodríguez, Eric Olivares, Paula Zambrano,Danyer Giron, Paola Pavez, Daniel Vega, Daniel Castillo, Eduardo Gallardo.



TRABAJOS REALIZADOS

Sulfurización de Calcopirita y Enargita con Azufre Elemental.

Tratamiento Hidrometalúrgico de Metal Blanco .

Lixiviación en Autoclave de Calcopirita Sulfurizada.

Reducción Carbotérmica de Sulfuros de Cobre con Carbón y CaO.

Reducción de Molibdenita con Carbón en Presencia de CaO.

Process for Converting SO2 to Sulfur Without Generating Pollutants Through Reactions involving BaS and BaSO4.



SULFURIZACIÓN DE CALCOPIRITA

Para 300°C < T < 400°CCuFeS2 + S → CuS + FeS2



Parcialmente Reaccionada Totalmente Reaccionada

Micrografías X400. Tsulf. 375°C,Capa externa CuS, Capa intermedia FeS2, núcleo interno calcopirita sin reaccionar.

Imagen de microsonda (BEI) X1600, Tsulf. 375°C. Muestra sólo dos capas:

externa de CuS e interna de FeS2.



Lixiviación de Calcopirita Sulfurizada

Residuo de lixiviación enH2SO4-NaCl-O2

Lixiviación a Presión ambiente




Ph.D. IGOR WILKOMIRSKY FUICA FERNANDO PARADA [email protected] [email protected]

Investigación en PIROMETALURGIA e HIDROMETALURGIA

Colaboradores: Eduardo Balladares - Ing. Horacio SandovalIng. Cristián Muñoz - Ing. Robinson Barra



Proyecto Fondef: OBTENCIÓN DIRECTA DE COBRE BLISTER EN REACTOR DE CAPA FUNDIDADivisión Codelco Norte, Paul Wurth – Chile, CIMM T&S

OBJETIVOS GENERALES

Desarrollar tecnología continua de conversión a cobre blister a partir de eje o metal blanco de cobre en un reactor de capa fundida a alta temperatura.

Desarrollar tecnología continua de fusión/conversión a cobre blister a partir de concentrados altos en arsénico que combina el concepto defusión en reactor de capa fundida con el de conversión continua en reactor de baño fundido (CT modificado).

Desarrollar tecnología continua de fusión/conversión directa a cobre blister a partir de concentrados de cobre estándar con bajos niveles de arsénico, en un reactor de capa fundida.



FUNDAMENTOS

Mecanismos de reacción de un reactor de capa fundida.



PROGRAMA DE DESARROLLO

Evaluación prototipos semi-pilotos en planta piloto DIMET UdeC. (En desarrollo).

Desarrollo a escala piloto en la División Codelco Norte de las tecnologías de conversión y fusión/conversión en Reactor de Capa Fundida (RCF). (Inicio Marzo 2007).

Aplicación de la nueva tecnología: Formación de Consorcio para su aplicación, venta y/o licenciamiento.



AVANCES Y RESULTADOS

Etapa de prototipos semi-piloto

Prototipo N°1 de Reactor de Capa Fundida (RCF)



PROYECTO FONDEF: NEUTRALIZACIÓN DE GASES DE FUNDICIÓN EN UN SISTEMA DE LECHOS FLUIDIZADOS SERIECodelco División El Teniente, Cementos Bío Bío, Anglo America Chile (Fundición Chagres)

OBJETIVO

Desarrollar una nueva tecnología para tratamiento de gases de fundición de concentrados de cobre mediante caliza en sistema de reactores de lecho fluidizado en serie.

Neutralización con caliza

El proceso propuesto permite fijar el SO2 de gases de fundición como sulfato de calcio anhidro (anhidrita CaSO4), el cual es inerte y puede tener uso en la industria del cemento.

SO2 + ½ O2 + CaCO3 = CaSO4 + CO2



RESULTADOS

Captación de SO2: >99% desde gases con 2, 4 y 8% SO2.

Conversión de la caliza a sulfato varía de 40 a 60%.

Temperatura operación: 750 – 850ºC

Evaluación del producto por Cementos Bío Bío:La Anhidrita del proceso de neutralización de gases tiene propiedades similares alas del yeso, desde el punto de vista de fabricación del cemento.

ETAPA SIGUIENTE

Evaluación del proceso en planta piloto en construcción en la División El Teniente con alimentación de gases de la fundición Caletones.

Generación de 50 ton de producto para pruebas en Cementos Bío Bío.



DESARROLLO DE UN PROTOTIPO DE LECHO FLUIDIZADO DE TRES ETAPAS

•Reactor semi-piloto de tres etapas:

- Sistema en contracorriente Gas - Caliza- Diámetro zona de reacción: 0.15 m- Altura total: 4.7 m.



Vista general de un rototipo de reactor Lecho Fluidizado de tres

etapasPlanta Piloto DIMET - UdeC



PLANTA PILOTO EN EL TENIENTE (diseño y cálculo de la UdeC)Reactor de tres etapas de lecho fluido. Etapa de

construcción en la UdeC.

- Diámetro zona de reacción: 0.25 m- Altura total: 12 m.



PROYECTO FONDEF: DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE EJE Y METAL BLANCO DE COBREFundición Chagres, Enami

Se desarrollaron dos alternativas para el tratamiento de eje o metal blanco de cobre:

Producción de cobre electrolítico mediante un proceso de Tostación-Lixiviación-EW

Producción de cobre en un proceso de Tostación de eje o Metal Blanco y Reducción en Baño de calcinas oxidadas.



Nivel de desarrollo:

Proceso evaluado a escala semi-piloto en la Universidad de Concepción.

Situación actual:

Se está desarrollando un proyecto de transferencia tecnológica en la que participan Enami, Paul Wurth Chile, CIMM T&S e IMASA (España, fabricante de reactores de lecho fluidizado escala comercial).

Objetivo: Evaluar el proceso a escala piloto en la Fundición Paipote.



CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Reemplaza convertidores peirce smith que representan la principal limitantede desarrollo de las fundiciones actuales.

Produce cobre blister que puede refinarse en refinerías convencionales existentes.

Proceso completamente cerrado, sin emisiones fugitivas. los gases van a planta de ácido.

Desacopla la etapa de fusión del resto de las etapas.

Menor costo de capital que tecnología avanzada (conversión continua).

Costo de operación equivalente a tecnología avanzada (conversión continua).

Emplea equipos estandar en la industria metalúrgica en todas sus etapas.



ÁÁÁrea MODELACIrea MODELACIrea MODELACIÓÓÓN DE PROCESOSN DE PROCESOSN DE PROCESOS

Dr. CHRISTIAN GOÑI ALARCÓ[email protected]

Investigación en:♦ Modelación de procesos industriales.♦ Simulación numérica de fenómenos a alta temperatura.♦ Diseño y control de procesos bajo incertidumbre.



MODELACIMODELACIÓÓN DE PROCESOS INDUSTRIALESN DE PROCESOS INDUSTRIALES

Descripción de un proceso mediante el conocimiento fenomenológico, físico químico y las herramientas de la matemática aplicada.

El campo de aplicación es amplio. Se ha enfocado el trabajo a la Pirometalurgia.

Modelación de sistemas de fusión para mejorar diseño y poder optimizar la operación. Ejemplo: Ollas de fusión de plomo.

Modelación de fenómenos de corrosión refractaria para detectar variables incidentes y poder minimizar el desgaste.

Balance de circuitos de plantas industriales para el ajuste de modelos, identificación de parámetros, reconciliación de datos, etc.



SIMULACIÓN NUMÉRICA

Permite analizar, optimizar y diseñar equipos, tales como: hornos, reactores, secadores, calcinadores, etc.

Se utiliza software y se programan algoritmos numéricos que utilizan Elementos Finitos y Diferencias Finitas (COMSOL, Fluent, MATLAB, etc.)

Aplicaciones Industriales.- Conversión en CPS- Ollas de fusión de plomo- Comportamiento térmico de hornos y reactores- Calentamiento de equipos- Secado, calcinación, tostación- Refractarios

ALGUNOS EJEMPLOS A CONTINUACIÓN



Simulación numérica de pellet de cobre empotrado en dos capas de

materiales aislantes.

• Iso superficies de temperaturas.

• Líneas de densidad de flujotérmico.

Pellet de cobreAplicación: diseño de alternativas al control térmico de materiales refractarios.



Aplicación: Diseño de lechos fluidizados.

Simulación numérica de una burbuja ascendiendo a través de un fluido.

• Vectores de velocidadesproporcionales (u,v) en [m/s].

• Contornos de concentración[mol/m3].



DISEÑO Y CONTROL BAJO INCERTIDUMBRE

Aplicación de matemática estocástica y lógica difusa a procesos industriales del área química y metalúrgica.

Permite tomar la mejor decisión de un conjunto de posibilidades, bajo información con incertidumbre.

Permite manejar y obtener información útil desde una gran cantidad de datos (variables y parámetros) que entregan los procesos industriales.



PROYECTOS REALIZADOS Y EN EJECUCIÓNEN LOS ÚLTIMOS 2 AÑOS

Análisis y optimización del comportamiento térmico de un convertidor PS.

Modelación del desgaste refractario de un horno PS. Análisis y soluciones del problema.

Desarrollo de un proceso para fabricar CaCl2 a partir de refino y cal para el proceso CuproChlor.

Diseño de la cámara de combustión para un horno de fusión de plomo.

Diseño, mejora y planificación de procesos bajo incertidumbre – Proyecto FONDECYT – L. Cisternas, E. Gálvez, Ch. Goñi.



ÁÁÁrea MEDIO AMBIENTE Y DISPOSICIrea MEDIO AMBIENTE Y DISPOSICIrea MEDIO AMBIENTE Y DISPOSICIÓÓÓN DE RELAVES (MEDIR)N DE RELAVES (MEDIR)N DE RELAVES (MEDIR)

Dr. MARIO SÁNCHEZ [email protected]

Investigación en RECUPERACIÓN DE PASIVOS MINEROS

Colaboradores, Estudiantes del Programa de Doctorado:Ing. Eduardo BalladaresIng. Juan Carlos CarrascoIng. Arcadio Ulloa



OBJETIVOS Y CONCEPCION DEL PROYECTO

1.- Económico

Valorizacion de pasivos mineros (escorias, relaves, ripios) por (a) extracción de elementos y compuestos valiosos y, (b) reutilización del residuo en otras actividades.

2.- Ambiental

Minimización del impacto ambiental del pasivo minero por disminución del volumen dispuesto.

Esta CONCEPCIÓN dice relación con una nueva visión de los desechos y subproductos mineros, que los considera como “NUEVAS FUENTES DE RECURSOS”



CASO PARTICULAR ESCORIAS DE FUNDICIONESDE CONCENTRADOS

Cuantificación

Se estima que en Chile se producen aproximadamente 2.2 ton de escorias por ton de cobre blister producido.

Existe un acumulado histórico estimado en 40-50 millones detoneladas.

Caracterización

0.2-0.3% Molibdeno 0.8-1.0% Cobre30-45% Hierro35-40% Sílice< 10% Alumina + Óxido de CalcioOtros menores (Mg, Zn, Metales Nobles)



EXPERIENCIAS DESARROLLADAS

1.- EXPERIENCIAS PIROMETALÚRGICASObjetivo: Recuperar los metales de valor (cobre y molibdeno) en una fase metálica base hierro (aleación metálica de alto valor) mediante tratamiento a alta temperatura. Se genera una nueva escoria, de bajo volumen, pobre en cobre, molibdeno y hierro que puede utilizarse en la industria del cemento.

2.- EXPERIENCIAS HIDROMETALÚRGICASObjetivo: Recuperar los metales de valor (cobre y molibdeno) por disolución en medio ácido y su posterior recuperación desde la solución. Se genera un residuo sólido de alto contenido en óxidos de hierro y sílice que pueden ser utilizados en las industrias siderúrgica y cerámica respectivamente.



TIPO DE RESULTADOS



Formación de FeAsO4 mediante reacciones heterogéneas sólido-gas a alta temperatura. M. Sánchez, R. Parra, E. Balladares y A. González

La remoción y/o neutralización del arsénico desde los procesos pirometalúrgicos ha sido una práctica común en el tratamiento de minerales de cobre por décadas, ya sea como pretratamiento (tomando ventaja de la altas presiones de vapor de muchos de sus sulfuros y óxidos) o bien después de la fusión, tratando los polvos por vía acuosa de modo de obtener precipitados de arsenato de hierro y calcio para su posterior disposición. Del mismo modo, el arsénico puede ser captado en la forma de trióxido, el que posee interés comercial. Sin embargo, en los últimos años se ha creado un excedente de éste, ocasionando un problema adicional al no ser esta opción económicamente atractiva.



ReactivosFe2O3, p.a. 99,0%. 99% < 3 mmAs2O3, p.a. 99,2%. 99,9 < 200 mmO2(g) y N2(g)

EquipamientoBalanza analítica SCALTEC, 250 g (máx.)Computador Personal (puerto serial RS-232).Horno eléctrico de 1500 W.Sistema neumático desplazamiento balanza.Tren de gases.Sistema de evacuación de gases.Sistema de generación de trióxido gaseoso.

Trabajo Experimental



Algunos resultados relevantes son:

El estudio termodinámico mostró la tendencia del sistema Fe-As-O a formar compuestos del tipo FexAsyOz a potenciales de oxígeno tan bajos como 10-15. También para potenciales de As4O6(g) tan bajos como 10-10 y temperaturas entre 600 y 850 ºC.

Lo anterior se verificó experimentalmente mediante DRX encontrándose, además, que esta se favorecía en muestras que presentaban mayor porosidad inicial. Esta variable resultó ser muy importante pues se comprobó que la reacción de formación de FeAsO4 se detenía debido al aumento en la densidad molar de este compuesto respecto del Fe2O3

original.

F I N

DIMET - 2005

Transferencia tecnológica en metalurgia

Documents

Transcript of Transferencia tecnológica en metalurgia