ES2913325T3 - Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de ceniza volante - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para el tratamiento de cenizas volantes generadas durante la producción de cobre, en el que las cenizas volantes se calientan en un lecho fluidizado (6) después de agregar azufre y/o un compuesto de azufre y los componentes volátiles se separan, en donde el calentamiento de las cenizas volante se lleva a cabo en una atmósfera inerte y el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo como un proceso continuo y tiene lugar un tratamiento pirometalúrgico de las cenizas volantes y tiene lugar un tratamiento de gases residuales de una sola fase para la separación de componentes volátiles tales como arsénico, bismuto, cadmio y/o plomo, caracterizado por que con la ayuda de un ciclón (2) se realiza una separación de cenizas de los gases residuales descargados del lecho fluidizado (6), en donde la ceniza separada es reintroducida en el lecho fluidizado (6) y en donde se usa un separador (7) a continuación del ciclón (2), y por que la proporción de dióxido de azufre en los gases residuales asciende en promedio a como máximo el 5 por ciento en volumen.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para el tratamiento de ceniza volante
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de cenizas volantes generadas durante la producción de cobre, en el que las cenizas volantes se calientan en un lecho fluidizado después de agregar azufre y/o un compuesto de azufre y los componentes volátiles se separan, en donde el calentamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo en una atmósfera inerte y el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo como un proceso continuo y tiene lugar un tratamiento pirometalúrgico de las cenizas volantes y tiene lugar un tratamiento de gases residuales de una sola fase para la separación de componentes volátiles tales como arsénico, bismuto, cadmio y/o plomo.
En la fundición de minerales de cobre, se utilizan habitualmente concentrados en forma de productos de flotación de sulfuro como material de partida. Estos productos de flotación contienen aproximadamente un tercio de cobre, otro tercio de hierro y un tercio final de azufre. También contienen una gran cantidad de otros elementos químicos en bajas concentraciones, por ejemplo, arsénico, bismuto, cadmio y plomo. Estos elementos secundarios se distribuyen entre la fase de piedra, de escoria y de gases residuales según sus equilibrios químicos en las condiciones de proceso existentes. La fase de gases residuales contiene gas y ceniza volante.
En una primera etapa de procesamiento, parte del hierro se separa del concentrado de cobre por oxidación selectiva. A una temperatura de alrededor de 1200 °C, el hierro oxidado se une en una fase de escoria líquida mediante la adición de arena. Debido a estas altas temperaturas, algunos de los compuestos químicos volátiles se descargan junto con los gases residuales. Por motivos de protección del medio ambiente y recuperación energética, los gases residuales se tratan en una caldera de calor residual y en un sistema eléctrico de depuración de gases. Las partículas formadas por recondensación, así como las partículas arrastradas, forman lo que se conoce como ceniza volante. En esta se encuentran los elementos volátiles en una concentración más alta que en el producto de partida de la mezcla de concentrado.
Dado que las cenizas volantes contienen cantidades considerables de cobre, se están realizando esfuerzos para reintroducir las cenizas volantes en el proceso de fundición. Dado que en este caso también tiene lugar una reintroducción de los elementos volátiles, los elementos secundarios se acumularán en el proceso si no se toman las contramedidas adecuadas.
De la publicación "Parra & Parada, Minor element control by flue dust treatment in copper smelting" se conoce un procedimiento para tratar cenizas volantes procedentes de la producción de cobre para recuperar cobre y estabilizar componentes críticos de la ceniza volante utilizando un horno en el que se calienta la ceniza volante en una atmósfera neutra con la adición de un agente sulfurante.
En el documento SU 773 111 A1 se divulga un procedimiento de dos fases para depurar cenizas que se generan en los convertidores de Pb-Zn, en donde el arsénico contenido en la ceniza se separa en forma de sulfuro no tóxico. Para ello se agrega azufre elemental a la ceniza volante y luego se calienta en dos fases en una atmósfera inerte.
Por la publicación "Shen et al., A feasibility study of recycling of mananese furnace dust" se conoce un procedimiento para el tratamiento de cenizas volantes procedentes de la producción de manganeso, en donde las cenizas se mezclan con mineral y coque y se calientan en una atmósfera inerte para vaporizar el zinc y eliminarlo de la ceniza.
Por el documento JP 2008169477 se conoce una depuración de cenizas en un procedimiento de dos fases con tostado y lixiviación.
Dado que las cenizas volantes contienen cantidades considerables de cobre, se están realizando esfuerzos para reintroducir las cenizas volantes en el proceso de fundición. Dado que en este caso también tiene lugar una reintroducción de los elementos volátiles, los elementos secundarios se acumularán en el proceso si no se toman las contramedidas adecuadas.
En el documento US 5 234 669 ya se describe un tratamiento cenizas volantes. Sin embargo, de acuerdo con el procedimiento descrito en esta publicación no se puede evitar la acumulación de elementos químicos indeseables.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es mejorar un procedimiento del tipo mencionado al principio de tal manera que la proporción de compuestos volátiles no deseados en las cenizas volantes se disminuya de manera más eficaz.
Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante la combinación de características de la reivindicación de patente número 1.
Usando el procedimiento de acuerdo con la invención, así como el dispositivo correspondiente, es posible eliminar elementos químicos no deseados de las cenizas volantes o al menos reducir significativamente su proporción. De acuerdo con la invención, se evita o al menos se reduce significativamente la formación de gases residuales que contienen SO2. Por lo tanto, los gases residuales no tienen que tratarse por separado, como los gases residuales de fundición con alto contenido en SO2, por ejemplo, para licuar el SO2 o convertirlo en ácido sulfúrico.
De acuerdo con la invención, se producen menores cantidades de gases residuales que con los procedimientos convencionales. Al utilizar la atmósfera inerte, el azufre no se presenta en forma de SO2, sino en forma elemental o en compuestos sulfurados. Al evitarse un tratamiento adicional de gases residuales, por ejemplo en forma de una planta de contacto/doble para la obtención de ácido sulfúrico, los costes de inversión necesarios pueden reducirse significativamente. Otras ventajas radican en un aumento del rendimiento en el proceso de producción de cobre y en favorecer el uso de concentrados de mineral más complejos, ya que el tratamiento de las cenizas volantes de acuerdo con la invención evita o reduce significativamente la acumulación en el proceso.
La presente invención ofrece la posibilidad de separar y concentrar en un sólido diferentes elementos que afectan negativamente la calidad de los productos en la producción de cobre.
Una secuencia de proceso típica tiene lugar de tal manera que el arsénico o un compuesto de arsénico y azufre se descarga como componente volátil junto con los gases residuales y se separa como sólido o en el agua de lavado en el tratamiento de gases residuales aguas abajo.
Una implementación sencilla del proceso se ve favorecida por el hecho de que el tratamiento de las cenizas volantes puede llevarse a cabo como un proceso continuo.
También se consigue una implementación sencilla del proceso por el hecho de que el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo a presión ambiental.
La eliminación de los componentes volátiles se ve favorecida por el hecho de que el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo a presión negativa, por ejemplo, a de 200 mbar a 400 mbar.
Los procesos térmicos en el tratamiento de las cenizas volantes durante el tratamiento térmico pueden acelerarse al llevar a cabo el tratamiento de las cenizas volantes a presión positiva.
Un intervalo de proceso típico se define por el hecho de que la temperatura durante el calentamiento de las cenizas volantes se sitúa al menos temporalmente en el intervalo de 500 °C a 1000 °C. Se prefiere un intervalo de 650 °C a 950 °C.
De acuerdo con una forma de realización preferida, se pretende que la proporción de dióxido de azufre en los gases residuales ascienda en promedio a como máximo el 5 por ciento en volumen. Preferiblemente no más del 2 % en promedio.
En los dibujos se representan ejemplos de realización de la invención de manera esquemática. Muestran:
la Fig. 1 un diseño de sistema para el tratamiento pirometalúrgico de cenizas volantes en un horno rotativo, no de acuerdo con la invención, con tratamiento de gases residuales en dos fases,
la Fig. 2 un diseño de procedimiento para el tratamiento pirometalúrgico de cenizas volantes en el procedimiento de lecho fluidizado con tratamiento de gases residuales de una sola fase,
la Fig. 3 un esquema para la descarga de ceniza volante y
la Fig. 4 un balance de azufre para comparar el estado de la técnica y el procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra el uso de un horno rotativo (1), no de acuerdo con la invención, que lleva a cabo un tratamiento del material alimentado a una temperatura de alrededor de 900 °C. Las sustancias alimentadas son, en este caso, concentrado de cobre, por un lado, y cenizas volantes separadas, por el otro. La separación de cenizas se lleva a cabo en el área de un ciclón (2).
El tratamiento en el horno rotativo (1), no de acuerdo con la invención, tiene lugar en una atmósfera inerte. Por lo general, se usa nitrógeno para esto. En el caso de una alimentación de la mezcla de concentrado y ceniza volante con un caudal másico de 300 t por día, una cantidad típica de alimentación de nitrógeno es de 15.000 Nm3 por hora. Con tal rendimiento, la cantidad de gases residuales alimentados al ciclón (2) suele ser de 20.000 Nm3 por hora a una temperatura de los gases residuales de alrededor de 900 °C. (Nm3 = metro cúbico estándar)
Como alternativa al uso de nitrógeno como gas inerte, también se pueden usar otros gases. Por ejemplo, se contempla el uso de argón. La temperatura de tostado de 900 °C es solo una temperatura preferida. Normalmente se puede poner en práctica una temperatura en el intervalo de 650 °C a 950 °C. El horno rotativo (1), no de acuerdo con la invención, se alimenta con las cenizas volantes y el concentrado nuevo en una proporción de mezcla de concentrado/cenizas volantes normalmente en el intervalo de 1:3 a 1:1. El tiempo de permanencia de la mezcla en el horno rotativo (1) es normalmente de 1 a 4 horas.
A continuación del ciclón (2) hay dispuesto un separador (3) en el que se acumula un sólido que contiene arsénico. Los gases residuales del separador (3) se alimentan a un separador secundario (4). El separador secundario (4) está provisto de un intercambiador de calor (5) para la recuperación de energía para reducir la temperatura de los gases residuales finales a aproximadamente 40 °C con el fin de aprovechar la energía en cuestión.
Todos los valores de los parámetros de proceso introducidos en la figura 1 son solamente a modo de ejemplo y pueden variar dentro de un amplio margen. En este sentido tiene lugar una adaptación a los requisitos específicos de la aplicación, a las cantidades de producción y a la naturaleza de los productos de partida.
La figura 2 muestra una modificación del diseño de acuerdo con la figura 1. En lugar del horno rotativo (1), no de acuerdo con la invención, en este caso se utiliza una instalación de lecho fluidizado (6). El separador (3) y el separador secundario (4) se combinan aquí para formar un separador (7) de una sola fase. Usando el intercambiador de calor (5), también en este diseño puede tener lugar una reducción adecuada de la temperatura de los gases residuales finales.
La figura 3 ilustra en general la manipulación y eliminación de cenizas volantes en la producción de cobre.
La figura 4 ilustra un balance de azufre en una comparación del estado de la técnica y el diseño de procedimiento de acuerdo con la invención para un ejemplo de rendimiento seleccionado.
La separación y el tratamiento de las cenizas volantes de acuerdo con la invención tienen lugar como un proceso continuo. Asimismo, El proceso se lleva a cabo preferiblemente a presión ambiental. Sin embargo, el proceso también se puede llevar a cabo a presión negativa o a presión positiva, en función de los requisitos específicos de la aplicación.
El tratamiento de acuerdo con la invención de las cenizas volantes en una atmósfera inerte tiene en cuenta en particular que el arsénico u otras sustancias que se han de eliminar están normalmente presentes en la ceniza volante en una forma distinta a en el concentrado de base. Cuando se comparan las proporciones correspondientes en las cenizas volantes y en el concentrado, son habituales otros coeficientes de distribución y otros enlaces químicos. Por ejemplo, el arsénico en el concentrado puede estar presente como enargita, tennantita, arsenopirita o sulfuro de arsénico; en las cenizas volantes, el arsénico suele estar presente como óxido de arsénico, sulfuro de arsénico, arseniato de hierro o cobre.
La atmósfera inerte durante el proceso de tostado permite una reducción significativa del contenido de SO2 en los gases residuales. Lo que se pretende en este sentido es una proporción correspondiente por debajo del 5 %, preferiblemente por debajo del 2 %, en cada caso como porcentaje en volumen. Opcionalmente, sin embargo, también es concebible llevar a cabo una oxidación de los gases residuales o de proporciones de los gases residuales.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el tratamiento de cenizas volantes generadas durante la producción de cobre, en el que las cenizas volantes se calientan en un lecho fluidizado (6) después de agregar azufre y/o un compuesto de azufre y los componentes volátiles se separan, en donde el calentamiento de las cenizas volante se lleva a cabo en una atmósfera inerte y el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo como un proceso continuo y tiene lugar un tratamiento pirometalúrgico de las cenizas volantes y tiene lugar un tratamiento de gases residuales de una sola fase para la separación de componentes volátiles tales como arsénico, bismuto, cadmio y/o plomo, caracterizado por que con la ayuda de un ciclón (2) se realiza una separación de cenizas de los gases residuales descargados del lecho fluidizado (6), en donde la ceniza separada es reintroducida en el lecho fluidizado (6) y en donde se usa un separador (7) a continuación del ciclón (2), y por que la proporción de dióxido de azufre en los gases residuales asciende en promedio a como máximo el 5 por ciento en volumen.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el arsénico se volatiliza en forma elemental o en forma de compuestos de arsénico y azufre, y luego se separa.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo a presión ambiental.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo a presión negativa.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que el tratamiento de las cenizas volantes se lleva a cabo a presión positiva.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la temperatura durante el calentamiento de la ceniza volante se sitúa al menos temporalmente en el intervalo de 500 °C a 1000 °C.
7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tratamiento de las cenizas volantes tiene lugar a una temperatura de 900 °C.
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