Diapositiva 1

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CATEDRA PIROMETALURGIA UDA Fundiciones de
Cobre Tecnologías, Desafíos y Proyecciones del
Negocio de Fundiciones
Juan Carlos Vargas A. Jefe Planificación y
Control de la Producción Fundición Hernán Videla
Lira Paipote
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Se hace una revisión de la industria de las
fundiciones de cobre primario en Chile y el
mundo. Se revisa el estado de las tecnologías
utilizadas y las tendencias de desarrollo. Se
entregan antecedentes que explican el
desfavorable escenario proyectado para el negocio
de fundiciones en los próximos años.
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Temario

• Principales Tecnologías aplicadas en Fundiciones
  de Chile y el Mundo.
• Tendencias de Desarrollo Tecnológico.
• Fundiciones Chilenas.
• Mercado Mundial Producción Cobre de Fundiciones.
• Desafíos para industria de Fundiciones.
• Conclusiones

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Antecedentes Históricos
Pirometalurgia Conjunto de Técnicas para la
obtención de metales por medio del uso del calor
(PirosFuego). Las Pirometalurgia es el más
importante y más antiguo de los métodos
extractivos de metales, utilizado por el hombre.
Hace 8.000-10.000 años el hombre de las cavernas
uso el fuego para obtener metales y de esta forma
avizorar el término de la edad de piedra. El
cobre fue el primer metal que conoció el
hombre. En las orillas del río Éufrates se
erigió la civilización Sumeria, en el entorno de
la ciudad de Ur 3.500 a 4.000 años A.C., obtenián
cobre a partir de los yacimientos alrededor del
lago Van en Armenia, también conocieron el
estaño. Posteriormente los Egipcios extrajeron
cobre nativo y malaquita desde los yacimientos de
las montañas al oriente del Mar Rojo alrededor de
2.800 años A.C. Chipre centro de comercio en esa
misma era, también desarrollo yacimiento de
cobre.
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Antecedentes Históricos (.Cont)

• El conocimiento de técnicas de obtención de
  metales determinó el predominio sobre otras
  culturas menos avanzadas.
• En América las más importantes civilizaciones
  originarias, desde los Mayas a los Incas,
  desarrollaron técnicas de fundición de metales
  para fabricar armas, herramientas y orfebrería.
• Los primeros hornos de reverbero fueron
  construidos en la era medieval y fueron usados
  para fundir bronce usado para fabricar campanas
  de iglesias.
• En 1556 Georgius Agrícola publica De Re
  Metallica. Se inician operaciones de Fundición
  Mansfeld (Alemania) y Swansea (Welsh, Gales).
• En los siglos XVII y XVIII se registra un gran
  crecimiento de la tasa de producción de cobre,
  mejorada por una rápida eliminación de impurezas
  en el procesamiento del mineral.
• En 1717 Talleres de Landore en Swansea existían
  30 Hornos de Fusión para cobre, plomo y plata,
  además de una Refinería. En esa época
  Disponibilidad de buen carbón en el distrito de
  Swansea llegando a ser el centro de esa
  industria. El carbón había sido utilizado desde
  1688 en un nuevo método de fusión de minerales de
  cobre. Swansea, con su carbón y puertos fue el
  mayor centro en el mundo de fusión y refinación
  de cobre, hasta los finales del siglo XIX El
  proceso Welsh para la extracción y refinación de
  cobre, era prolongado y muy costoso. Permaneció
  sin cambio hasta mediados del siglo XIX.
• En la actualidad la mayor parte del cobre
  refinado en el mundo es obtenido desde el mineral
  o sus concentrados mediante métodos
  pirometalúrgicos.

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Proceso Welsh (Swansea )
Proceso Welsh (Swansea ) El mineral se chancaba y
se escogía a mano. El mineral se calcinaba
hasta reducir el azufre a 11. La calcina se
fundía junto con fundentes para la obtención de
eje, que se moldeaban en barras. Las barras se
refundían hasta producir un cobre blister con
98,5 de cobre. Para eliminar el exceso de
oxígeno, las barras eran refundidas y se les
introducían pértigas frescas de Madera en el
cobre líquido. La pirolisis de la Madera verde
generaba los gases que reducían el contenido de
oxígeno a una cantidad insignificante. Esta
importante etapa fue denominada 'pooling'.
Finalmente el cobre era moldeado a la forma de
billets y cakes. Este producto se conoció como
Tough Pitch Copper (cobre tenaz).
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1.- Principales Tecnologías aplicadas en
Fundiciones de Chile y el Mundo

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Producción de Cobre
Minas
Procesos Pirometúrgicos
Lixiviación
Concentración
Fundición
Extracción por Solventes
Refinación a Fuego
Electrobtención
Refinación Electrolítica
Cátodos de Cobre
Alambrón, planchas y otros
Fabricación de bienes y productos
Usuarios finales
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Proceso Fundiciones de Cobre
Concentrados de Cobre 8 10 agua 20-50
cobre 20-38 azufre 30-50 fierro y otros
Vapor de Agua
Secado
Fusión
Gases de Proceso
Tratamiento de Escorias
Conversión
Planta Acido Sulfúrico
Escorias o Relaves Descarte
Cobre Blister 98-99 Cu
Acido Sulfúrico
Refino a Fuego y Moldeo de Anodos
Refinación Electrolítica
Cobre Anódico 99,7 Cu
Cátodos 99,99 Cu
Fundición Paipote
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2.- Tendencias de Desarrollo Tecnológico.

• Nuevas Fundiciones con tecnología Flash Outokumpu
  y Ausmelt.
• Sistemas de captación de gases fugitivos .
• Reemplazo de procesos batch por procesos
  contínuos.

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Tecnologías Actuales
Concentrados de Cobre
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Tecnologías de Fundiciones
Optimización de Tecnologías Actuales
Tendencias de Desarrollo
Nuevas Fundiciones o Reemplazo de Equipos
Medio Ambiente
Competitividad
Cumplimiento de Regulaciones ambientales
Aumento de Productividad para controlar Costos
Crecientes
Utilización de Tecnologías con mejor performance
Ambiental y Productividad

• Mayor captación de gases.
• Mayor Eficiencia Plantas de Acido.
• Captura de gases fugitivos.

• Optimización de procesos.
• Mayor intensidad de los procesos

• Granallado
• Traspaso por gravedad
• Procesos Contínuos
• Tecnologías de Lanza
• Tecnologías Flash

Las ampliaciones y nuevas fundiciones contruídas
en Asia, en especial China e India, han
considerado tecnologías Flash Outokumpu y Hornos
con lanza Ausmelt/Isasmelt.
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Tendencia Conversión Continua
Convertidor Mitsubishi
Convertidor Flash Outokumpu
MB granallado
Quemador
Aire Oxígeno
Combustible
UP TAKE
Torre de Reacción
Calderas
Off Gas
Blister
Escorias
SETTLER
Escoria BLister
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Tres procesos industriales

• Mitsubishi (1974) - Mezcla aire/O2 inyectada vía
  lanzas sobre la superficie del baño produce
  blister.
• Kennecott OKO (1996) - Conversión flash produce
  blister.
• Noranda (1997) - Mezcla aire/O2 inyectada vía
  toberas en el baño produce semiblister.

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3.- Fundiciones Chilenas
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Fundiciones y Refinerías en Chile
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Tecnologías Utilizadas en Fundiciones Chilenas
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Fundiciones Chilenas Fusión de Concentrados año
2006
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Fundiciones Chilenas Producciones año 2006
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4.- Mercado Mundial Producción Cobre de
Fundiciones.
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Evolución Producción Mundial de Cobre 1996-2005
Línea del Ecuador
22
Evolución Producción Mundial de Cobre 1996-2005,
kta Cu
Fuente Cochilco Anuario 2005
23
Evolución Producción Cobre de Fundición 1996-2005

24
Evolución Producción Cobre de Fundición 1996-2005
Fuente Cochilco Anuario 2005
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4.- Desafíos para industria de Fundiciones en
Chile y el mundo.

• Aumento Capacidad instalada de Fundiciones por
  sobre la disponibilidad de concentrados.

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Proyecciones Producción de Concentradoskta de
cobre fino
Fuente CRU
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Aumentos de Capacidad de Fundiciones

• Un importante aumento de capacidad de fundiciones
  se verificó a nivel mundial en el año 2006.
  Adicionalmente expansiones y/o nuevas
  instalaciones se encuentran actualmente en
  construcción, particularmente en China (Guixi,
  Jinchuan, Shandong Xiangguang etc.)

Fuente Brook Hunt
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Menor Utilización Capacidad Fundiciones
Fuente Brook Hunt
29
4.- Desafíos para industria de Fundiciones en
Chile y el mundo.

• Aumento Capacidad instalada de Fundiciones por
  sobre la disponibilidad de concentrados.

• Regulaciones ambientales mas exigentes.

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Regulaciones Ambientales vigentes
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4.- Desafíos para industria de Fundiciones.

• Aumento Capacidad instalada de Fundiciones.
• Déficit Proyectado de Concentrados.
• Regulaciones ambientales mas exigentes.

• Fuerte aumento del costo de insumos.
• Proyecciones desfavorables para el negocio.
• Probable Cierre de Fundiciones no rentables.

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Conclusiones

• El negocio de fundiciones de cobre enfrenta un
  complejo escenario para los próximos años.
• Si bien la creciente demanda de cobre refinado en
  China a significado las más altas cotizaciones
  del metal, esto también a conllevado a un
  explosivo aumento de la capacidad instalada de
  fundiciones en Asia.
• El creciente aumento de la capacidad instalada,
  por sobre la producción de concentrados de cobre,
  conllevará un déficit de concentrados en el
  mundo.

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Conclusiones (cont.)

• Por otro lado un sostenido incremento de los
  costos de los principales insumos, energía y
  combustibles, sumados a mayores inversiones
  ambientales requeridas, conllevarán proyecciones
  desfavorables para el negocio.
• La mayor competencia por concentrados y los
  menores ingresos podrían determinar el cierre de
  las fundiciones menos competitivas.
• El desarrollo o reemplazo de tecnologías, que
  permitan menores emisiones y mayor productividad,
  podrían cambiar el futuro de algunas fundiciones.

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. Fin Presentación
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Secado

• El objetivo del secado es eliminar en la forma
  de vapor el agua contenida en los concentrados.
  La humedad de los concentrados normalmente varía
  en rango de 8-10.
• Se obtiene un apreciable ahorro de energía
  (combustibles) al extraer el agua a 100 C, en
  vez de calentarlos a la temperatura de salida de
  gases de equipos de fusión-conversión (1200-1250
  C).
• El proceso se puede realizar con los siguientes
  equipos
• Secador Rotatorio
• Secador de Lecho Fluidizado
• Secador Indirecto de Tubos de Vapor

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Secador Rotatorio Secador de Lecho
Fuidizado Secador Indirecto de Tubos de vapor
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Fusión de Concentrados

• El objetivo de la fusión es llevar a estado
  líquido el concentrado de cobre sólido y producir
  en este estado la separación de fases sulfuradas
  (eje) y oxidada (escoria).
• El proceso se puede hacer de 3 formas
• Calentamiento directo
• En baño (bath smelting)
• En llama (flash smelting)
• De los hornos de Calentamiento directo el más
  usado fue el Horno Reverbero. Estos hornos están
  en clara declinación debido a su baja eficiencia
  térmica, alto consumo de energía y combustibles,
  sumado a altos niveles de emisión. Estos factores
  determinaron que en la actualidad hayan sido
  reemplazados por Hornos de fusión en baño o de
  fusión en llama.

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Calentamiento Directo - Horno Reverbero

• Los primeros hornos de reverbero industriales
  para fundir metales se construyeron a fines del
  siglo XVII.
• Sir Clement Clerke y su hijo Talbot construyeron
  hornos de reberbero en Avon Gorge cerca de
  Bristol alrededor de 1678. En 1687 comenzaron a
  fundir cobre. En las siguientes decadas los
  hornos de reverbero fueron ampliamente adoptados
  para fusión de plomo, cobre y estaño. La ventaja
  sobre métodos más antiguos estuvo dado en el uso
  de carbón mineral en vez de otros materiales
  usados como carbón de leña.
• A partir de 1690 junto a asociados aplicaron el
  horno de reverbero para producir lingotes de
  hierro para fabricación de piezas.
  Posteriormente estos hornos fueron construidos en
  Coalbrookdale y varios otros lugares. Estos
  primeros hornos de reverbero quedaron obsoletos a
  fines del siglo XVIII, con el desarrollo de un
  nuevos tipos de horno reverbero.
• En 1780 Henry Cort introdujo una nueva variedad
  de horno reverbero.
• Fuente Enciclopedia Britanica, 14 edición.

Fundición de Ilo, Perú (2002)
Los Hornos Reverberos desarrollados en Europa en
el siglo XVIII, con el paso del tiempo, fueron
objeto de innumerables mejoras para aumentar su
productividad. Predominaron ampliamente en las
fundiciones de cobre a nivel mundial hasta fines
del siglo XX. Las 7 fundiciones Chilenas
operaron con 1 o más reverberos. Quedando todos
ellos fuera de servicio en la década del 90.
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Horno de Fusión Flash Outokumpu
La crisis energética que afectó a Finlandia en el
periodo posterior a la segunda guerra mundial,
impulso a la Outokumpu Oy a buscar una tecnología
de reemplazo de los hornos eléctricos de fusión.
Outokumpu desarrolló la tecnología de fusión
flash para fundir concentrados, siendo la primera
instalación industrial en el año 1949 en
Harjavalta
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Fusión en Baño - Convertidor Teniente
La Tecnología de Convertidor Teniente fue
desarrollada a partir del año 1977 en la
fundición de Caletones. Esta tecnología
también se ha implementado en Perú, México,
Zambia y Tailandia.
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Fusión en Baño - Reactor Noranda
Fundición de Altonorte, Chile (2006)
La Tecnología del Rector Noranda fue desarrollada
a partir del año 1968 por Nornada. En el año 1973
entra en operación el primer reactor en la
fundición de Horne, originalmente se concibió
como un proceso de obtención de cobre blister en
una sola etapa. En Chile la Fundición de
Altonorte cuenta con 1 reactor de este tipo desde
el año 2001.
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Fusión en Baño Horno de Fusión Isasmelt/Ausmelt
Desarrrollada en Australia, desde 1970 por las
Csirosmelt. Con aplicaciones industriales a
partir de 1992.
Tecnología implementada recientemente con gran
fuerza para cobre y otros metales. Existen
instalaciones industriales en Australia, USA,
Bélgica, Alemania, Inglaterra, India, Malasia,
China y Zambia. Otras plantas en diseño o
construcción en Perú y Kazajastan
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Conversión

• El objetivo de la conversión es eliminar el
  hierro y el azufre del eje, para producir
  finalmente cobre metálico.
• El proceso tradicional de conversión es
  discontinuo, autógeno y se divide en dos etapas
  soplado a escoria y soplado a cobre.
• En la actualidad los convertidores mayormente
  usados son los Convertidores Peirce Smith y
  Hoboken, los que en conjunto producen el 85 del
  cobre blister.

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Convertidor Peirce Smith
El Convertidor Peirce Smith es utilizado en la
mayoría de las fundiciones del mundo. En Chile
las 7 fundiciones utilizan CPS. Su gran
desventaja es su característica de operación bach
que implica la generación de gases fugitivos en
cada operación de carga de metal blanco y retiro
de blister.
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TRATAMIENTO DE ESCORIAS

• El objetivo del Tratamiento de Escoria es la
  reducción de la magnetita y de los óxidos de
  cobre. La reducción de la magnetita produce la
  disminución de la viscosidad de la escoria.
• Al disminuir la viscosidad de la escoria el
  metal blanco atrapado mecánicamente decanta hacia
  el fondo del horno. El cobre oxidado es reducido
  y se incorpora a la fase metálica.

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Horno Eléctrico de Limpieza de Escorias
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Horno de Limpieza de Escoria Teniente (TSC)
Gases
Alimentación de Escoria
Slag Feed
Quemador
Toberas
Diesel
Aire
Fuel Oil Aire Inyección
Escoria
Metal Blanco
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Plantas de Acido

• El objetivo del proceso consiste la fijación del
  dióxido de azufre (SO2) contenido en los gases de
  proceso en la forma de ácido sulfúrico.
• Las etapas del proceso son
• Enfriamiento de Gases.
• Limpieza de Gases.
• Conversión de SO2 a SO3.
• Absorción de SO3 a H2SO4.
• El ácido sulfúrico es utilizado en los procesos
  de lixiviación de minerales oxidados.

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Proceso Plantas de Acido
Gases de Proceso 8 10 SO2 Vapor de
agua Polvos metalúrgicos
Torre Secado
Torre de Catálisis
Enfriamiento de Gases
SO3
Limpieza Seca Precipitadores Electrostáticos
Torre de Absorción
Limpieza Húmeda
Acido Sulfúrico 98-99 pureza
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Refino a Fuego

• El objetivo de la refinación a fuego consiste en
  eliminar el remanente de azufre y otras impurezas
  en el cobre blister, de tal forma que el cobre
  obtenido cumpla con las especificaciones de
  calidad química para refinación electrolítica.
• Los equipos más utilizados son
• Horno Basculante (cilíndrico).
• Horno Reverbero de refinación.
• Dependiendo de la calidad del blister se pueden
  incorporar técnicas de agregado de fundentes para
  reducir la fijación de algunas impurezas.

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Horno de Refinación a Fuego
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Moldeo de Anodos

• El objetivo del moldeo consiste obtener el ánodo
  con las características físicas y de peso
  requeridas por la refinería electrolítica .
• Los equipos más utilizados son
• Ruedas de carrusel simple.
• Ruedas Twin o gemelas.

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Ruedas de Moldeo Rueda Simple Rueda Twin
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Refinación Electrolítica

• El objetivo de la refinación electrolítica
  consiste obtener cobre con pureza de 99,99 en la
  forma de cátodos. Los cátodos constituyen la
  materia prima de materiales para fabricación de
  alambrón, planchas y otros.
• Se obtiene un barro anódico que contiene el oro
  y plata así como impurezas como arsénico,
  antimonio, teluro y otros. Estos barros son
  procesados por técnicas hidrometalúrgicas y de
  fundición para la obtención de metal doré.
• Los principales tecnologías se clasifican según
  el tipo de hoja madre
• Hoja madre de cobre.
• Cátodo permanente, acero inoxidable y otros
  materiales.

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Refinación Electrolítica
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• Uso de mayores intensidades de corriente.
• Automatización de las operaciones.

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Proceso Fundición Paipote desde 2001
Planta de Secado

Inyección Conc. Seco
Concentrado húmedo
Gases
Gases
Planta Tratamiento Efluentes
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Red de Monitoreo Ambiental
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(No Transcript)
60
(No Transcript)