Estudio termodinámico y cinético del proceso de conversión en la metalurgia extractiva del cobre

• Autores: Marta Vázquez Vázquez
• Directores de la Tesis: Ignacio Moreno-Ventas Bravo (dir. tes.), Manuel Jesús Díaz Blanco (dir. tes.), Roberto Parra Figueroa (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 314
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Industrial y Ambiental por la Universidad de Huelva
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Metalurgia
    • Termodinámica
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología metalúrgica
      • Cobre
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Arias Montano
• Resumen
  • español

    El trabajo de investigación presentado pretende dar el acceso para obtener el título de doctor por la Universidad de Huelva, con mención especial industrial por la colaboración con la empresa Atlantic Copper S.L.U. La finalidad de este trabajo de investigación ha sido la elaboración de un modelo computacional basado principalmente en el estudio termodinámico del proceso completo de conversión para un horno tipo Peirce-Smith y el de aportar nuevos conocimientos sobre los procesos cinéticos de los materiales que intervienen en el proceso pirometalúrgico de conversión del cobre. Este trabajo se divide en dos grandes líneas: Una primera línea dedicada a los estudios termodinámicos y una segunda línea dedicada a los estudios cinéticos de los materiales intervinientes en el proceso de conversión. La primera línea de investigación se encuentra descrita en el capítulo IV bajo el título “Descripción de modelo computacional, basado en termodinámica, para el proceso de conversión de cobre en un convertidor Peirce-Smith (Modelo CPS)”. En este capítulo se detalla minuciosamente los procesos físico-químicos, la ingeniería y la descripción de los materiales que intervienen en el proceso de conversión del cobre. Además, se describe el algoritmo utilizado para la elaboración del modelo computacional termodinámico desarrollado para el convertidor Peirce Smith. Este modelo pretende predecir el comportamiento de un convertidor Peirce-Smith utilizando datos composicionales y operacionales reales para predecir las cantidades y composiciones de todas las fases formadas durante el proceso de conversión de cobre. Para ello se ha aplicado el modelo CPS a casos reales para obtener resultados comparables con datos empíricos y así demostrar su fiabilidad. También se ha utilizado para demostrar su utilidad en la ingeniería de proceso de conversión de cobre a partir de su uso para el estudio de situaciones anómalas del proceso. La segunda línea de investigación se describe en los capítulos V, VI y VII bajo los títulos “Estudio cinético de los principales minerales componentes de los concentrados de cobre”, “Estudio cinético de generación del metal blanco y modelado de la termogravimetría para determinación de fases químicas” y “Estudio cinético de generación de blíster de cobre y modelado de la termogravimetría para determinación de fases químicas”. En estos capítulos se detalla los estudios cinéticos realizados a los principales materiales, ejes del proceso pirometalúrgico, como son los minerales calcopirita y pirita (Como formadores de la materia prima del proceso pirometalúrgico del cobre), la mata de cobre a partir de la cual se formará el metal blanco, y el metal blanco que da lugar a blíster. Los principales estudios experimentales realizados en esta línea de investigación han sido realizados mediante la técnica de termogravimetría utilizando los equipos de la Universidad de Huelva y los de la Universidad de Concepción (Chile) gracias a la colaboración y la estancia académica realizada en esta Universidad.

  • English

    The research study presented is intended to give access to obtain a doctorate degree from the University of Huelva, with a special industrial mention for the collaboration with the company Atlantic Copper S.L.U. The purpose of this research work has been to develop a computational model based mainly on the thermodynamic study of the complete conversion process for a Peirce-Smith furnace and to provide new knowledge on the kinetic processes of the materials involved in the pyrometallurgical process of copper conversion. This work is divided into two main lines: a first line dedicated to thermodynamic studies and a second line dedicated to kinetic studies of the materials involved in the conversion process. The first line of research is described in Chapter IV under the title "Description of the computational model, based on thermodynamics, for the copper conversion process in a Peirce-Smith converter (CPS Model)". This chapter details thoroughly the physico-chemical processes, the engineering and the description of the materials involved in the copper conversion process. In addition, the algorithm used for the thermodynamic computational model developed for the Peirce Smith converter is described. This model aims to predict the behaviour of a Peirce-Smith converter using real compositional and operational data to predict the quantities and compositions of all the phases formed during the copper conversion process. To this end, the CPS model has been applied to real cases to obtain results comparable with empirical data and thus demonstrate its reliability. It has also been used to demonstrate its usefulness in copper conversion process engineering through its use in the study of anomalous situations in the process. The second line of research is described in chapters V, VI and VII under the titles "Kinetic study of the main mineral components of copper concentrates", "Kinetic study of the generation of white metal and modelling of thermogravimetry for the determination of chemical phases" and "Kinetic study of the generation of copper blister and modelling of thermogravimetry for the determination of chemical phases". These chapters detail the kinetic studies carried out on the main materials at the heart of the pyrometallurgical process, such as the minerals chalcopyrite and pyrite (as raw material for the copper pyrometallurgical process), the copper matte from which the white metal will be obtained, and the white metal that gives rise to blister. The main experimental studies carried out in this line of research have been carried out using the thermogravimetric technique using equipment from the University of Huelva and the University of Concepción (Chile) thanks to the collaboration and academic stay carried out at this University.