Estudio físico-químico de las escorias y mata de los hornos flash y eléctrico enfocado al análisis de las pérdidas de cobre

Autor: Bacedoni Morales, María Magdalena
Přispěvatelé: Moreno-Ventas Bravo, Ignacio, Ríos Ransanz, Guillermo, Universidad de Huelva. Departamento de Geología
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2021
Předmět:
Popis: Esta tesis doctoral tiene como finalidad el estudio de las variables de proceso que afectan a las pérdidas de cobre en escorias procedentes de un Horno de Fusión Flash (Outotec) y de un Horno Eléctrico de tratamiento de escorias de la fundición Atlantic Copper S.L.U. (Huelva, España). Este estudio se llevó a cabo mediante la caracterización química-mineral y textural de muestras de fundidos industriales, el uso de la modelación termodinámica de los sistemas en equilibrio, y el desarrollo de metodologías de evaluación de las pérdidas de cobre y cálculos de proceso, basados en balances de masa y energía y los procesos de decantación de gotas de mata. Este trabajo consta de cinco capítulos. El capítulo 1 corresponde a la introducción donde se realiza una descripción del proceso productivo de la fundición Atlantic Copper y una revisión bibliográfica sobre los fundamentos físico-químicos de la fusión de cobre y las pérdidas de cobre en las escorias. En el capítulo 2 se presenta la propuesta de tesis definiéndose el objetivo general y los objetivos específicos alcanzados. El capítulo 3 describe la toma de muestras realizada a los distintos materiales y la preparación de las mismas para su análisis químico-mineral mediante distintas técnicas analíticas. El capítulo 4 presenta los resultados obtenidos y su discusión los cuales son divididos en 3 bloques: un primer bloque que recoge la caracterización de los materiales involucrados en el proceso de fusión flash, un segundo bloque que analiza desde el punto de vista del equilibrio termodinámico las escorias procedentes de la fusión flash y horno eléctrico de tratamiento de escorias, y un último bloque dedicado al análisis del proceso de fusión y decantación de la mata a través del desarrollo de metodologías de cálculos. El en capítulo 5 se presentan las conclusiones obtenidas. Tras la finalización de cada capítulo se recoge la bibliografía consultada, y al final de la memoria se adjuntan en anexos todos los análisis químicos, mineralógicos, granulométricos, coeficientes de distribución, matriz de cálculo y resultados secundarios que complementan al capítulo 4. El conjunto de estos estudios permitió realizar una evaluación y diagnóstico de los procesos con el objeto de aportar conocimiento a la práctica industrial para su optimización. Los resultados más importantes obtenidos son: § El estudio de caracterización químico-mineral y textural de los fundidos escoriamata una vez solidificados y muestreados en la corriente de gases del horno flash, mostró que la dimensión real del espacio reactivo del proceso de fusión tiene escala de gota micrométrica de fundido, haciendo intuir las limitaciones cinéticas del proceso. § La composición de los tipos de escorias I y II observada en los materiales arrastrados por los gases del horno flash, refleja distintas condiciones térmicas y fluctuaciones de la presión parcial de oxígeno y sirven de alimentación a las acreciones formadas en la salida de gases del horno. § Las escorias del Horno Flash se encuentran sobrecalentadas 109ºC por encima de la temperatura liquidus de la magnetita. El contenido de magnetita, el contenido de cobre disuelto y el grado de mata de las gotas de mata atrapada indican que las escorias tienen un grado de oxidación mayor que la mata del fondo del baño. Esta condición de no equilibrio favorece las pérdidas químicas de cobre en la escoria. § Las escorias del Horno Eléctrico muestran un bajo grado de reducción favoreciendo las pérdidas químicas de cobre y un sobrecalentamiento de 114ºC sobre el cotéctico magnetita-fayalita. § Las pérdidas de cobre en las escorias del horno flash y del horno eléctrico son principalmente de tipo químico. La cuantificación realizada estima un 73% de pérdidas químicas en el horno flash y un 85% en el horno eléctrico. § Los resultados del modelo de balance y energía del proceso de fusión muestran una adecuada concordancia a los valores industriales. La introducción de coeficientes de distribución y ratios moleculares en el modelo permitieron conocer la distribución del Zn y del Pb en las distintas fases del proceso y tener una estimación de las pérdidas químicas de cobre en la escoria en diferentes condiciones de operación. § Los modelos de decantación de gotas de mata en el baño de los hornos flash y eléctrico desarrollado en base a las propiedades reológicas, a la temperatura de la escoria líquida, a los tiempos de residencia y a la altura de la capa de escoria calculados, muestran una efectiva decantación con un elevado grado de limpieza.
The aim of this doctoral thesis is to study the process variables that affect copper losses in slags from a Flash Smelting Furnace (Outotec) and an Electric Slag Treatment Furnace of the Atlantic Copper smelter S.L.U., (Huelva, Spain). This study was carried out through the chemical-mineral and textural characterization of samples of industrial melts, the use of thermodynamic modeling of systems in equilibrium, and the development of methodologies for the evaluation of copper losses and process calculations, based on mass and energy balances and the settling processes of the matte drops. This work consists of five chapters. Chapter 1 corresponds to the introduction where a description of the production process of the Atlantic Copper smelter and a bibliographic review on the physicochemical fundaments of copper smelting and copper losses in slags is made. In Chapter 2 the thesis proposal is presented, defining the general objective and the specific objectives achieved. Chapter 3 describes the sampling carried out on the different materials and their preparation for their chemical-mineral analysis using different analytical techniques. Chapter 4 presents the results obtained and their discussion, which are divided into 3 blocks: a first block that collects the characterization of the materials involved in the flash smelting process, a second block that analyzes from the point of view of thermodynamic equilibrium the slags from flash smelting and slag treatment electric furnace, and the last block dedicated to the analysis of the smelting and settling process of the matte through the development of calculation methodologies. In the chapter 5 the conclusions obtained are presented. After the completion of each chapter, the bibliography consulted is collected, and at the end of the report all the chemical, mineralogical, granulometric analyzes, distribution coefficients, calculation matrix, and secondary results that complement chapter 4 are attached as an annex. The set of these studies allowed to carry out an evaluation and diagnosis of the processes in order to contribute knowledge to industrial practice for its optimization. The most important results obtained are: § The study of chemical-mineral and textural characterization of the slag-matte melts once solidified and sampled in the gas stream of the flash furnace, showed that the real dimension of the reactive space of the smelting process has a scale of the melt micrometric drop, suggesting the kinetic limitations of the process. § The composition of slag types I and II observed in the materials entrained by the gases of the flash furnace reflect different thermal conditions and fluctuations in the oxygen partial pressure and serve as a feed for the accretions formed in the uptake of the furnace. § The slag from Flash Smelting Furnace is overheated 109ºC above the liquidus temperature of magnetite. The magnetite content, the dissolved copper content and the matte grade of the trapped matte droplets indicate that the slags have a higher degree of oxidation than the matte at the bottom of the bath. This non-equilibrium condition favors the chemical losses of copper in the slag. The slag from the Electric Furnace shows a low degree of reduction favoring the chemical losses of copper and an overheating of 114ºC over the cotéctic magnetitefayalite. § Copper losses in the flash furnace and electric furnace slag are mainly chemical. The quantification carried out estimates 73% chemical losses in the flash furnace and 85% in the electric furnace. § The results of the balance and energy model of the smelting process show an adequate concordance to the industrial values. The introduction of distribution coefficients and molecular ratios in the model allowed to know the distribution of Zn and Pb in the different phases of the process and to have an estimate of the chemical losses of copper in the slag under different operating conditions. § The models for the settling of droplets of matte in the bath of the flash and electric furnaces developed based on the rheological properties, the temperature of the liquid slag, the residence times, and the height of the slag layer calculated, show effective settling with a high degree of cleaning.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: