Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento Ciencia Materiales
Fotografía: rajo principal minera Escondida, región de Antofagasta Chile.
ILC-204 Metalurgia y Materiales
Metalurgia y Materiales
Segundo semestre 2007
Profesor: Mauricio Narváez
E-mail: [email protected]
Objetivos
•VISUALIZAR IMPORTANCIA DE INDUSTRIA METALÚRGICA Y DE
MATERIALES.
•COMPRENDER EL FUNCIONAMIENTO
PROCESOS PRODUCTIVOS DEL ÁREA.
BÁSICO
DE
LOS
•RELACIONAR LAS VARIABLES E INFLUENCIAS BÁSICAS QUE
GOBIERNAN LA CALIDAD Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
METÁLICOS Y NO METÁLICOS.
Contexto de la asignatura
•METALURGIA EN CHILE
•Esquema general de los procesos
•Descripción de las alternativas de procesamiento
•MATERIALES DE INGENIERÍA
•Procesos de fabricación
•Propiedades y usos
Contenidos
•METALURGIA EXTRACTIVA: BENEFICIO
PROCESOS DEL COBRE Y DEL ACERO.
DE
MINERALES,
•PROCESOS DE FABRICACIÓN: FUNDICIÓN, CONFORMADO,
PULVIMETALURGIA Y COMPUESTOS.
•MATERIALES: SELECCIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE
LOS MATERIALES.
•MATERIALES METÁLICOS, POLIMÉRICOS Y CERÁMICOS.
Bibliografía

Material de apoyo de las clases (presentaciones) y CD
complementario.

WEB: www.cmat.utfsm.cl/mcabrera/mym

Biswas and Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, 3ª
Ed.1994.

Askeland D.; La Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 3ª
Ed. 1998.

Callister W.; Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Ed
Reverté, 1995.

Smith W.; Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de
Materiales, 3ª Ed, McGraw Hill, 1998.
Certámenes y Quices
• Evaluación: 3 certámenes = 80%
• Certamen 1. Fecha a definir con otros paralelos
• Certamen 2. Fecha a definir con otros paralelos
• Certamen 3. Fecha a definir con otros paralelos
• Promedio Quiz (20%, promedio de al menos 5 controles).
• Certamen recuperativo global en caso de:
Alguna nota en certámenes menor a 45
Falta a uno de los certámenes (no requiere justificación)
Promedio final menor a 55
Promedio final superior a 40
Toda la materia y reemplaza la peor nota o la que faltó
Cómo nos comunicamos…?
• http://enco.dcsc.utfsm.cl/moodle/
• Entrar con correo electrónico USM y clave personal o como
invitado mientras la consigue si no la tiene
• DEBE usar clave entregada por profesor (metalurgia)
Cómo nos comunicamos…?
Cómo nos comunicamos…?
Cómo nos comunicamos…?
Metalurgia
La metalurgia es la técnica de la
obtención y tratamiento de los
metales desde minerales
metálicos, incluyendo la
producción de aleaciones.
Minería en Chile, norte grande
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Minería en Chile, norte chico
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Minería en Chile, centro sur
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Minería en Chile, extremo sur
Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.
Proyección de inversiones
Una inversión global
de Mill US$ 13.090 se
estima materializar
en la minería
chilena del cobre y
del oro, en el
período 2006 – 2010.
Chuquicamata en Viña del Mar
Chuquicamata
Largo:
Profundidad:
4.500 mt 1000 mt
Ancho:
3.000 mt
Minería de tamaño mundial
Minería de tamaño mundial
Calendario de Puesta en Marcha
de Principales Proyectos
Importancia de Chile sobre el cobre
PRODUCCIÓN MUNDIAL COBRE MINA
miles TM de fino
6.000
5.000
CHILE
4.000
EEUU
3.000
PERÚ
2.000
AUSTRALIA
1.000
INDONESIA
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
0
AÑO
% PRODUCCIÓN POR PAÍS DE COBRE MINA
40
35
30
25
% 20
15
10
5
0
CHILE
EEUU
PERÚ
AUSTRALIA
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
INDONESIA
AÑO
Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.
Principales productores de cobre
en Chile
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
CODELCO-CHILE
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
OTROS PRODUCTORES
19 97
miles TM de fino
COBRE POR EMPRESAS
AÑO
Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.
Principales productores de cobre
en Chile
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Chuquicamata
Radomiro Tomic
División Salvador
División El Teniente
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
División Andina
19 97
miles TM de fino
COBRE POR EMPRESAS, CODELCO
AÑO
COBRE POR EMPRESAS, OTROS PRODUCTORES
Escondida BHP-Billiton
1.200
Collahuasi FALCONBRIDGE
1.000
800
Sur Andes ANGLO AMERICAN
600
400
El Abra BARRICK
200
0
AÑO
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
Candelaria PHELPSDODGE
19 97
miles TM de fino
1.400
Los Pelambres ANTOFAGASTA
MINERALS
Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.
Minería chilena es más que cobre
Metales
Cobre (miles de TM de fino)
No Metales (TM)
AÑO 2006
AÑO 2006
5.360,8
Molibdeno (TM de fino)
43.277,6
Carbonato de Calcio
7.145.280,0
Oro (Kg de fino)
42.100,0
Cloruro de Sodio
4.580.471,0
Nitratos
1.111.771,0
Plumicita
1.423.144,0
Recursos Silíceos
1.081.352,0
Plata (Kg de fino)
Plomo (TM de fino)
Zinc (TM de fino)
Hierro (TM de mineral)
Manganeso (TM de mineral)
Combustibles
1.607.164,0
672,0
36.238,0
8.628,2
845.331,0
37.169,0
AÑO 2006
Carbón (TM netas)
673.744,0
Petróleo Crudo (Metros Cúbicos)
168.701,0
Gas Natural (millones Metros
Cúbicos)
Yeso
2.199,0
Chile, es un actor relevante
en el concierto mundial en
las reservas, producción y
exportación de molibdeno,
oro, plata y renio, entre
otros productos mineros.
Introducción al proceso del cobre
El cobre se encuentra en Yacimientos, en forma de Minerales de
Mina (ROM), formando compuestos o ESPECIES
MINERALÓGICAS… “SULFUROS Y OXIDOS”
CuFeS2; Cu2S; CuO; Cu2O; CuCO3Cu(OH)2…
Las leyes de Cu de los minerales que ameritan la explotación
dependen del precio del metal, con los valores actuales los
yacimientos rentables son los con leyes superiores al 0,6%...
Dependiendo del proceso a seguir
Calcopirita CuFeS2
Cuprita Cu2O
Malaquita CuCO3Cu(OH)2
Tratamiento minerales sulfurados
de cobre  PIROMETALURGIA
Los minerales “Sulfurados” – CuFeS2 (calcopirita) siguen la secuencia:
•Beneficio de Minerales: chancado, molienda y separación de la especie. Se
obtiene un CONCENTRADO
•El CONCENTRADO se Funde, Convierte y Refina para obtener Cobre
Refinado – ANODO o Cu RAF (Refinado a fuego): ETAPA
TERMOMETALURGICA
•El RAF – en la forma de ANODO se ELECTROREFINA para la obtención de
CÁTODOS (99,9%Cu)
•En la etapa de Concentración (en el Beneficio de Minerales) , específicamente en
la flotación, es posible obtener MoS2 como suproducto. Éste se transforma a
MoO3 mediante una
tostación oxidante a 800°C. EL MoO3 al refinarse
(purificarse) genera otro subproducto relevante… RENIO. CHILE ES EL
PRINCIPAL PRODUCTOR MUNDIAL DE MOLIBDENO y no produce Mo metálico…
Igual caso con el Renio…
•En la etapa TERMOMETALURGICA de tratamiento de los concentrados se
elimina el S y Fe de los minerales sulfurados por tratamiento de OXIDACIÓN El
azufre es eliminado como SO2 (gas), que debe ser atrapado y transformado en
ACIDO SULFURICO para no producir contaminación del aire…
•Otro aspecto relevante son los desechos de la etapa de concentración… los
RELAVES, que representa más del 95% del todo el mineral molido (tamaño del
orden de 20-40 micrones)… Los concentrados representan menos del 5% de
todo el mineral molido
Mineral sulfurado
ROM Ley 1,2%
SO2 (gas)
recuperación
a Planta de
H2SO4 (liq)
Fe3O4
Sale a través de
ESCORIA con algo
de Cu oxidado
Beneficio de Minerales
• Chancado (mm)
• Molienda (micrones)
• Concentración
(separación CuFeS2 y MoS2)
Termometalurgia (1250°C)
Fusión (Eje - Mata; Metal Blanco)
Conversión por oxidación (Cu Blister)
Refinación (Cu RAF, 99%Cu))
Tratamiento MoS2
• Tostación oxidante
800°C (MoO3)
• Refinación
MoO3 refinado
Renio..
Electrorefinación
Cu Catódico
99,9%
Relaves
(pérdidas Cu y Mo)
Au, Ag, Te…
En planta metales nobles
Importancia de los subproductos
Tratamiento minerales oxidados de
cobre  HIDROMETALURGIA
Los minerales que contiene especies oxidadas y algunos sulfuros (tipo
Cu2S calcosita) pueden disolverse “facilmente” al ser atacados por
soluciones acusas con ácido sulfúrico disuelto.
Estos minerales siguen el procesamiento:
Chancado (a tamaños del orden de mm) y posterior eventual
aglomeración (peletización)
LX=LIXIVIACIÓN. Etapa de disolución del Cu. Se obtiene solución
acuosa con el cobre disuelto (5 g/l de cobre en solución). Se
recupera del orden del 60% del Cu del mineral
SX= Extracción por solventes. Etapa de purificación y concentración
de la solución acuosa (50 g/l)
EW= ElectroWining ó Electroobtención del Cu desde la solución
líquida, precipitandola en cátodo. Se obtiene Cu catódico 99,99%Cu
Esta tecnología aún a pesar de las menores recuperaciones es de
menor costo… del orden de 25 ¢US$/lb de Cu; versus 45¢US$/lb hasta
concentrado y del orden de 20 ¢US$/lb para la termometalurgia y
refianción electrolítica.
Mineral oxidado
ROM Ley 0,6%
Descarte de
Mineral con Cu
sin disolver
FORMACIÓN DE PILAS
• Chancado (mm)
• Eventual aglomeración
• Formación de Pilas, cerros…
LX : LIXIVIACIÓN
Ataque de mineral por solución
acuosa con H2SO4 disuelto
SX : Extracción por Solventes
Etapa de purificación de solución acuosa
Cu Catódico
ElectroObtenido
99,9%
EW : ElectroWining
Obtención de Cu depositado
mediante electrólisis
Precio del cobre y otros metales
Disminución precio
del cobre debido a:
Aumento
de
inventarios, baja de
la demanda China.
Proyecciones
lo
estiman en 2 US$/lb
Resumen breve del proceso del cobre
Alternativas de procesamiento según tipo de Minerales con leyes
sobre 0,6%Cu…
Minerales que contienen CALCOPIRITA (CuFeS2)
Beneficio de Minerales (obtiene concentrado: 30-45%Cu)
Termometalurgia (obtiene ánodos)
Electrorefinación (obtiene cátodos)
Minerales que contienen “OXIDOS” y Algunos Sulfuros.
PROCESAMIENTO HIDROMETALÚRGICO: LX-SX-EW
Conminución (reducción de tamaño).
Lixiviación (con súlfuros es con ayuda de bacterias). LX
Extracción por Solventes. SX
Electroóbtención o Electrowinning. EW
Con ambas alternativas de producción se obtienen cátodos de
cobre (99,99%Cu)
Formato de venta del cobre
Resumen de temas
Importancia de la Minería del Cu
Concepto de Minerales, yacimientos, leyes,
estéril, ganga, especies mineralógicas (fases)…
Valores de Cu, subproductos…
Alternativas de procesamiento en Minería del
Cobre…
Objetivo: Involucrarse con temática de curso,
disponer del CD, revisar página WEB con
actualizaciones, consultar ayudante…y profesor
Objetivo principal… Aprovechar la instancia del
ramo para aprender los aspectos básicos y en
el fúturo GENERAR PROYECTOS EN EL
ÁREA
Precio-Costo
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento Ciencia Materiales
Fotografía: espesadores concentradora Laguna Seca minera Escondida, región de
Antofagasta Chile.
ILC-204 Metalurgia y Materiales
Metalurgia y Materiales
Segundo semestre 2007
Profesor: Gerardo Hernández A.
E-mail: [email protected]
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Metalurgia y Materiales - RAMOS ON