Alternativas de refinación electrolítica de cobre blíster.
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Date
2012
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
Las alternativas de refinación electrolítica del cobre blíster, involucra a dos tipos de operaciones: la oxidación de impurezas en el cobre fundido, seguida por la reducción del exceso de óxido cuproso (Cu2O) formado en la primera operación. La oxidación es llevada a cabo por el soplado de aire o aire enriquecido con oxígeno bajo la superficie del metal fundido a aproximadamente 20 psig de presión. En algunos casos, la adición de fundentes (sílice, cal, carbonato de sodio, nitrato de sodio, etc.) es incluida, dependiendo de la cantidad y tipo de impurezas en el cobre. Durante esta operación todos los gases disueltos son expelidos y muchas de las otras impurezas son a su vez volatilizadas (por ejemplo, Zn, S, Pb, Sb) o escorificadas (por ejemplo, Fe, Zn, Mg, Pb, Al, Mn, Ni, Co, Bi) y el cobre es entonces saturado con Cu2O. El Cu2O disuelto, cede su oxígeno a las impurezas, las cuales tienen una mayor tendencia a oxidarse que el cobre. Estos óxidos son retirados en la escoria o transportados fuera con los gases de salida del horno. Algo del óxido cuproso igualmente ingresa a la escoria. La oxidación es detenida cuando cesa la formación de escoria. El punto final es usualmente determinado por la toma, en una pequeña cuchara, de una muestra del cobre fundido. La muestra una vez enfriada es partida por el centro, y una pequeña cavidad o vacío, llamado “agujero de guisante”, indica que el baño está saturado con Cu2O. En ésta etapa el cobre tiene arriba del 8% de Cu2O correspondiendo a un contenido de oxígeno de 0,9%. Como materia de interés, el cobre de los convertidores o “cobre blíster”, generalmente contiene SO2(g) y encima de 0.5% de O2 antes de ser refinado para el moldeo de ánodos. Luego que la escorificación es terminada, la reducción del Cu2O o “Poling” debe hacerse necesariamente para colocar al cobre ya sea para la venta o el moldeo de ánodos. Originalmente, la reducción del cobre fue realizada por inserción de troncos de madera verde o “poles” en el baño fundido, pero en muchos lugares donde los ánodos de cobre son el producto final, esta práctica, ha sido cambiada por la inyección de reductores sólidos, líquidos o gaseosos a través de toberas o (lanzas) por debajo de las líneas del metal. El grado de reducción depende del producto de cobre final deseado, es decir, ánodos de cobre (conteniendo entre 0.15 y 0.3% O2) o lingotes y alambres de cobre (con aproximadamente 0,04% O2). En cierto modo, al cobre le es permitido retener algo de Cu2O para asegurar la eliminación de casi todas las impurezas como óxidos y, controlar la cantidad de gas retenido en solución sólida por el cobre. La etapa de reducción dura generalmente de 1 a 4 horas, dependiendo de la extensión del período de soplado previo, y la composición y eficiencia de reducción de los elementos contenidos en el agente “reductor” usado. Este es usualmente más corto en la preparación de ánodos que en la producción de un producto para la venta. El punto de la reducción puede ser determinado tomando, en una pequeña cuchara, una muestra del cobre fundido permitiendo algo su enfriamiento. El punto final bajo la condición de 0,3% de O2 es indicado por una superficie plana y algo lisa. Para una condición de 0,04% O2 el acabado superficial es más completo. La temperatura del cobre durante el proceso de reducción es mantenida alrededor de 1150 ºC. Diversas variables afectan la eficiencia de reducción: la velocidad de soplado y la profundidad debajo de la superficie a la cual los reductores son introducidos, son los principales factores controlantes. En el presente trabajo se ha evaluado diferentes alternativas de refinación gaseosa de cobre blíster a nivel de laboratorio, piloto y planta obteniéndose resultados satisfactorios, sin embargo, dadas las características operativas del circuito de cobre, así como los posibles incrementos en los costos de procesamiento de cada alternativa trabajada, se ha visto por conveniente recomendar la implementación del proceso de refinación gaseosa de cobre blíster en dos etapas, empleando para el caso de eliminación de azufre (oxidación), aire enriquecido con oxígeno, y petróleo diesel más vapor de agua para la etapa de reducción (eliminación de oxigeno). Se ha conseguido disminuir el contenido de azufre del cobre blíster en 80% en promedio y hasta el 50% de O2, lo cual se ha traducido en una considerable mejora de la superficie de los ánodos moldeados (superficie plana, sin ampollamientos), que ha permitido una mejor performance en la refinación electrolítica, evitándose la excesiva formación de sulfato de cobre, principal causante de la pasivación anódica.
Description
Alternative blister copper electrolytic refining involves two types of operations: oxidation of impurities in the molten copper, followed by reduction of excess cuprous oxide (Cu2O) formed in the first operation. The oxidation is carried out by blowing air or oxygen enriched air under the surface of the molten metal at about 20 psig pressure. In some cases, the addition of fluxes (silica, lime, sodium carbonate, sodium nitrate, etc.) is included, depending on the amount and type of impurities in the copper. During this operation all dissolved gases are expelled and many of the other impurities are in turn are volatilized (eg, Zn, S, Pb, Sb) or scorified (eg, Fe, Zn, Mg, Pb, Al, Mn, Ni, Co, Bi) and copper is then saturated with Cu2O. The Cu2O dissolved, gives up its oxygen to the impurities, which have a greater tendency to oxidize than copper. These oxides are removed in the slag or transported out with the exhaust gases from the furnace. Some of cuprous oxide also enters the slag. The oxidation is stopped when it ceases slagging. The end point is usually determined by taking on a small spoon, a sample of molten copper. Once cooled sample is split down the middle, and a small cavity or void, called "hole pea" indicates that the bath is saturated with Cu2O. At this stage the copper is above 8% of Cu2O corresponding to an oxygen content of 0.9%. As a matter of interest, copper converters or "blister copper", generally contains SO2 (g) and above 0.5% O2 before being refined for molding anodes. After slagging is terminated, reducing Cu2O or "Poling" must necessarily be to place the copper either for sale or anode casting. Originally, the copper reduction was performed by insertion log green wood or "poles" in the molten bath, but in many places where copper anodes are the end product, this practice has been changed by the injection of reducing solids , liquid or gas through nozzles or (lances) under metal lines. The degree of reduction depends on the desired end product of copper, ie copper anodes (containing between 0.15 and 0.3% O2) or ingots and copper wire (approximately 0.04% O2). In a way, copper is allowed to retain some of Cu2O to ensure the elimination of almost all impurities as oxides and controlling the amount of gas retained in solid solution for copper. The reduction stage lasts usually 1 to 4 hours, depending on the length of the period preblowing, and the composition and efficiency of reducing elements contained in the "reducing" agent used. This is usually shorter in the preparation of anodes in the production of a product for sale. Reduction point can be determined taking in a small spoon, a sample of the molten copper allowing some cooling. The final point under the condition of 0.3% O2 is indicated by a flat surface and somewhat smooth. For a condition of 0.04% O2 surface finish it is more complete. Copper temperature during the reduction process is maintained around 1150 ° C. Several variables affect the efficiency of reduction: blowing speed and depth below the surface to which the reducers are introduced, are the main controlling factors. In the present work has evaluated different alternatives of gas refining blister copper at laboratory, pilot plant with satisfactory results, however, given the operating characteristics of the copper circuit, and possible increases in processing costs each worked alternative, it has seen fit to recommend the implementation of process gas refining blister copper in two stages, using the case of sulfur removal (oxidation), oxygen enriched air, and diesel oil more water vapor to the stage reduction (removal of oxygen). It has managed to reduce the sulfur content of blister copper by 80% on average and up to 50% O2, which has resulted in a considerable improvement of the surface of the molded anodes (flat surface without blistering), which has allowed a better performance in the electrolytic refining, avoiding excessive formation of copper sulfate, the main cause of the anodic passivation.
Keywords
Refinación electrolítica, Cobre blíster.