RT Dissertation/Thesis
T1 Estudio físico-químico de las escorias y mata de los hornos flash y eléctrico enfocado al análisis de las pérdidas de cobre
A1 Bacedoni Morales, María Magdalena
AB Esta tesis doctoral tiene como finalidad el estudio de las variables de proceso queafectan a las pérdidas de cobre en escorias procedentes de un Horno de FusiónFlash (Outotec) y de un Horno Eléctrico de tratamiento de escorias de lafundición Atlantic Copper S.L.U. (Huelva, España). Este estudio se llevó a cabomediante la caracterización química-mineral y textural de muestras de fundidosindustriales, el uso de la modelación termodinámica de los sistemas en equilibrio, y eldesarrollo de metodologías de evaluación de las pérdidas de cobre y cálculos deproceso, basados en balances de masa y energía y los procesos de decantación de gotasde mata. Este trabajo consta de cinco capítulos. El capítulo 1 corresponde a la introduccióndonde se realiza una descripción del proceso productivo de la fundición Atlantic Coppery una revisión bibliográfica sobre los fundamentos físico-químicos de la fusión de cobrey las pérdidas de cobre en las escorias. En el capítulo 2 se presenta la propuesta de tesisdefiniéndose el objetivo general y los objetivos específicos alcanzados. El capítulo 3describe la toma de muestras realizada a los distintos materiales y la preparación de lasmismas para su análisis químico-mineral mediante distintas técnicas analíticas. Elcapítulo 4 presenta los resultados obtenidos y su discusión los cuales son divididos en 3bloques: un primer bloque que recoge la caracterización de los materiales involucradosen el proceso de fusión flash, un segundo bloque que analiza desde el punto de vista delequilibrio termodinámico las escorias procedentes de la fusión flash y horno eléctrico detratamiento de escorias, y un último bloque dedicado al análisis del proceso de fusión ydecantación de la mata a través del desarrollo de metodologías de cálculos. El encapítulo 5 se presentan las conclusiones obtenidas. Tras la finalización de cada capítulose recoge la bibliografía consultada, y al final de la memoria se adjuntan en anexostodos los análisis químicos, mineralógicos, granulométricos, coeficientes dedistribución, matriz de cálculo y resultados secundarios que complementan al capítulo4. El conjunto de estos estudios permitió realizar una evaluación y diagnóstico de losprocesos con el objeto de aportar conocimiento a la práctica industrial para suoptimización.Los resultados más importantes obtenidos son:§ El estudio de caracterización químico-mineral y textural de los fundidos escoriamatauna 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 escalade gota micrométrica de fundido, haciendo intuir las limitaciones cinéticas delproceso.§ La composición de los tipos de escorias I y II observada en los materialesarrastrados por los gases del horno flash, refleja distintas condiciones térmicas yfluctuaciones de la presión parcial de oxígeno y sirven de alimentación a lasacreciones formadas en la salida de gases del horno. § Las escorias del Horno Flash se encuentran sobrecalentadas 109ºC por encima de latemperatura liquidus de la magnetita. El contenido de magnetita, el contenido decobre disuelto y el grado de mata de las gotas de mata atrapada indican que lasescorias tienen un grado de oxidación mayor que la mata del fondo del baño. Estacondición de no equilibrio favorece las pérdidas químicas de cobre en la escoria.§ Las escorias del Horno Eléctrico muestran un bajo grado de reducción favoreciendolas pérdidas químicas de cobre y un sobrecalentamiento de 114ºC sobre el cotécticomagnetita-fayalita.§ Las pérdidas de cobre en las escorias del horno flash y del horno eléctrico sonprincipalmente de tipo químico. La cuantificación realizada estima un 73% depérdidas 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 unaadecuada concordancia a los valores industriales. La introducción de coeficientesde distribución y ratios moleculares en el modelo permitieron conocer ladistribución del Zn y del Pb en las distintas fases del proceso y tener una estimaciónde las pérdidas químicas de cobre en la escoria en diferentes condiciones deoperación.§ Los modelos de decantación de gotas de mata en el baño de los hornos flash yeléctrico desarrollado en base a las propiedades reológicas, a la temperatura de laescoria líquida, a los tiempos de residencia y a la altura de la capa de escoriacalculados, muestran una efectiva decantación con un elevado grado de limpieza.
AB The aim of this doctoral thesis is to study the process variables that affect copperlosses in slags from a Flash Smelting Furnace (Outotec) and an Electric SlagTreatment Furnace of the Atlantic Copper smelter S.L.U., (Huelva, Spain). Thisstudy was carried out through the chemical-mineral and textural characterization ofsamples of industrial melts, the use of thermodynamic modeling of systems inequilibrium, and the development of methodologies for the evaluation of copper lossesand process calculations, based on mass and energy balances and the settling processesof the matte drops.This work consists of five chapters. Chapter 1 corresponds to the introductionwhere a description of the production process of the Atlantic Copper smelter and abibliographic review on the physicochemical fundaments of copper smelting and copperlosses in slags is made. In Chapter 2 the thesis proposal is presented, defining thegeneral objective and the specific objectives achieved. Chapter 3 describes the samplingcarried out on the different materials and their preparation for their chemical-mineralanalysis using different analytical techniques. Chapter 4 presents the results obtainedand their discussion, which are divided into 3 blocks: a first block that collects thecharacterization of the materials involved in the flash smelting process, a second blockthat analyzes from the point of view of thermodynamic equilibrium the slags from flashsmelting and slag treatment electric furnace, and the last block dedicated to the analysisof the smelting and settling process of the matte through the development of calculationmethodologies. In the chapter 5 the conclusions obtained are presented. After thecompletion of each chapter, the bibliography consulted is collected, and at the end of thereport all the chemical, mineralogical, granulometric analyzes, distribution coefficients,calculation matrix, and secondary results that complement chapter 4 are attached as anannex.The set of these studies allowed to carry out an evaluation and diagnosis of theprocesses 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 meltsonce solidified and sampled in the gas stream of the flash furnace, showed that thereal dimension of the reactive space of the smelting process has a scale of the meltmicrometric drop, suggesting the kinetic limitations of the process.§ The composition of slag types I and II observed in the materials entrained by thegases of the flash furnace reflect different thermal conditions and fluctuations in theoxygen partial pressure and serve as a feed for the accretions formed in the uptakeof the furnace.§ The slag from Flash Smelting Furnace is overheated 109ºC above the liquidustemperature of magnetite. The magnetite content, the dissolved copper content andthe matte grade of the trapped matte droplets indicate that the slags have a higherdegree of oxidation than the matte at the bottom of the bath. This non-equilibriumcondition favors the chemical losses of copper in the slag.The slag from the Electric Furnace shows a low degree of reduction favoring thechemical 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 furnaceand 85% in the electric furnace.§ The results of the balance and energy model of the smelting process show anadequate concordance to the industrial values. The introduction of distributioncoefficients and molecular ratios in the model allowed to know the distribution ofZn and Pb in the different phases of the process and to have an estimate of thechemical 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 electricfurnaces developed based on the rheological properties, the temperature of theliquid slag, the residence times, and the height of the slag layer calculated, showeffective settling with a high degree of cleaning.
PB Universidad de Huelva
YR 2021
FD 2021
LK https://hdl.handle.net/10272/21996
UL https://hdl.handle.net/10272/21996
LA spa
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 31 may 2026