Metalurgia y Materiales

1. Universidad Técnica Federico Santa María Departamento Ciencia Materiales ILC-204 Metalurgia y Materiales Metalurgia y Materiales Segundo semestre 2007 Fotografía: rajo principal minera Escondida, región de Antofagasta Chile. Profesor: Mauricio Narváez E-mail: mauricio.narvaez@usm.cl

2. Objetivos • VISUALIZAR IMPORTANCIA DE INDUSTRIA METALÚRGICA Y DEMATERIALES. • COMPRENDER EL FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE LOS PROCESOSPRODUCTIVOS DEL ÁREA. • RELACIONAR LAS VARIABLES E INFLUENCIAS BÁSICAS QUEGOBIERNAN LA CALIDAD Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALESMETÁLICOS Y NO METÁLICOS.

3. 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

4. Contenidos • METALURGIA EXTRACTIVA: BENEFICIO DE MINERALES, PROCESOS DEL COBRE Y DEL ACERO. • PROCESOS DE FABRICACIÓN: FUNDICIÓN, CONFORMADO, PULVIMETALURGIA Y COMPUESTOS. • MATERIALES: SELECCIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. • MATERIALES METÁLICOS, POLIMÉRICOS Y CERÁMICOS.

5. 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, McGrawHill, 1998.

6. 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

7. 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)

8. Cómo nos comunicamos…?

9. Cómo nos comunicamos…?

10. Cómo nos comunicamos…?

11. Metalurgia La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, incluyendo la producción de aleaciones.

12. Minería en Chile, norte grande Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

13. Minería en Chile, norte chico Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

14. Minería en Chile, centro sur Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

15. Minería en Chile, extremo sur Fuente: Gobierno de Chile, Ministerio de Minería.

16. 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.

17. Chuquicamata en Viña del Mar

18. Chuquicamata Profundidad: Largo: 1000 mt 4.500 mt Ancho: 3.000 mt

19. Minería de tamaño mundial

20. Minería de tamaño mundial

21. Calendario de Puesta en Marcha de Principales Proyectos

22. Importancia de Chile sobre el cobre Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.

23. Principales productores de cobre en Chile Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.

24. Principales productores de cobre en Chile Fuente: Anuario del cobre y otros minerales, COCHILCO.

25. Minería chilena es más que cobre 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.

26. 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 Cuprita Cu2O Calcopirita CuFeS2 Malaquita CuCO3Cu(OH)2

27. 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

28. Beneficio de Minerales • Chancado (mm) • Molienda (micrones) • Concentración • (separación CuFeS2 y MoS2) Mineral sulfurado ROM Ley 1,2% Relaves (pérdidas Cu y Mo) SO2 (gas) recuperación a Planta de H2SO4 (liq) • Tratamiento MoS2 • Tostación oxidante • 800°C (MoO3) • Refinación Fe3O4 Sale a través de ESCORIA con algo de Cu oxidado Electrorefinación MoO3 refinado Renio.. Cu Catódico 99,9% Au, Ag, Te… En planta metales nobles Termometalurgia (1250°C) Fusión (Eje - Mata; Metal Blanco) Conversión por oxidación (Cu Blister) Refinación (Cu RAF, 99%Cu))

29. Importancia de los subproductos

30. 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.

31. FORMACIÓN DE PILAS • Chancado (mm) • Eventual aglomeración • Formación de Pilas, cerros… Mineral oxidado ROM Ley 0,6% LX : LIXIVIACIÓN Ataque de mineral por solución acuosa con H2SO4 disuelto Descarte de Mineral con Cu sin disolver SX : Extracción por Solventes Etapa de purificación de solución acuosa Cu Catódico ElectroObtenido 99,9% EW : ElectroWining Obtención de Cu depositado mediante electrólisis

32. 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

33. 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)

34. Formato de venta del cobre

35. 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

36. Precio-Costo

37. Universidad Técnica Federico Santa María Departamento Ciencia Materiales ILC-204 Metalurgia y Materiales Metalurgia y Materiales Fotografía: espesadores concentradora Laguna Seca minera Escondida, región de Antofagasta Chile. Segundo semestre 2007 Profesor: Gerardo Hernández A. E-mail: gerardo.hernandez@usm.cl