Estudio físico-químico de los materiales refractarios usados en hornos pirometalúrgicos de la industria del cobre
El presente trabajo de investigación titulado “Estudio físico-químico de los materiales refractarios usados en hornos pirometalúrgicos de la industria del cobre”, llevado a cabo durante cuatro años, es el resultado de la colaboración entre Atlantic Copper (filial de Freeport McMoran) y la Universida...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Huelva (UHU) |
| Repositorio: | Arias Montano. Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:ariasmontano.uhu.es:10272/18464 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10272/18464 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Industria del cobre Refractario Magnesia-cromo Termoquímica Degradación Cobre Refractory Magnesia-chromite Thermochemistry Degradation Copper 3312 Tecnología de Materiales 3312.11 Refractarios |
| Sumario: | El presente trabajo de investigación titulado “Estudio físico-químico de los materiales refractarios usados en hornos pirometalúrgicos de la industria del cobre”, llevado a cabo durante cuatro años, es el resultado de la colaboración entre Atlantic Copper (filial de Freeport McMoran) y la Universidad de Huelva. El objetivo principal del mismo, es el estudio de la degradación del refractario de magnesia-cromo usado en el recubrimiento interior de los hornos del proceso pirometalúrgico de fabricación de cobre a partir de sulfuros polimetálicos. El trabajo se divide en cinco líneas de investigación, donde en la primera de ellas se estudian los materiales básicos de partida para la fabricación del refractario de magnesia-cromo, así como los refractarios fabricados antes de ser usados en los hornos. Este estudio se usa como punto de partida para explicar mejor la degradación del refractario mostrada en las siguientes líneas de investigación. Posteriormente, se llevan a cabo tres líneas de investigación dedicadas al estudio de los mecanismos de degradación química de los refractarios, diferenciando por tipo de hornos utilizados en el proceso de obtención del cobre: Convertidores Peirce Smith, Horno de Arco Sumergido y Horno de Afino Térmico. Los resultados de los análisis microestructurales de las muestras refractarias obtenidas de las diferentes zonas de estos hornos después de haber completado sus campañas de trabajo, muestran las diferencias en los procesos de degradación de los mismos. Estos resultados analíticos son soportados por cálculos termoquímicos de la interacción entre los materiales fundidos presentes en estos hornos y los refractarios con los que entran en contacto, bajo condiciones estándar del proceso, así como bajo condiciones no estándar, de cara a obtener mayor rango de resultados bajo diferentes escenarios. Dado que los procesos de mojabilidad e infiltración del refractario por las fases fundidas suponen las primeras etapas de la degradación del refractario, la última línea de investigación de este trabajo se ha dedicado al estudio de estos fenómenos teniendo en cuenta diferentes sustratos refractarios y materias primas de los mismos, así como varias fases fundidas presentes en el proceso pirometalúrgico. Adicionalmente, se ha contemplado la realización de un ensayo dinámico novedoso a diferentes tipos de refractarios bajo la acción de escorias fayalíticas, de forma que se acelere la degradación del refractario; para ello se han sumergido probetas en canales de salida de la escoria procesada en Horno de Arco Sumergido. La degradación de las fases intergranulares de la microestructura del refractario por fenómenos de infiltración a través de la porosidad abierta, desemboca en la disolución de las mismas, y supone la degradación del refractario por efecto de debilitamiento de la microestructura. Además, la disolución de estada fases intergranulares propicia el mayor contacto entre la fase que ha infiltrado y los granos de refractario, lo cual provoca, en función de la fase que haya penetrado, el mayor o menor ataque químico a estos granos que conforman el refractario (mayor ataque para el caso de las escorias fayalíticas). La degradación de la magnesia del refractario es llevada a cabo mediante procesos de disolución de la misma en la escoria fayalítica, dando lugar a solución sólida olivino de elevado número de magnesio. Este olivino de elevado número de magnesio tiende a solidificar rápidamente por el aumento de su solidus debido al contenido de magnesio. Según lo observado en las micrografías del análisis post-mortem y en los resultados de los cálculos termoquímicos llevados a cabo, se trata de un proceso que se da con bastante espontaneidad. Los granos de cromita presentan degradación gradual, evidenciándose en la formación de una corona de reacción que posee variación composicional a lo largo del espesor de la misma (zonación). Para el caso de los granos de magnesia-cromo electrofundida, la degradación es muy gradual, dada su baja porosidad y la estructura de los mismos consistente en matriz de magnesia con fase dispersa de cromita generada por exolución. La tipología, mecanismos de degradación química y degradación final del refractario como resultado de otros efectos físicos (erosión y choques mecánicos y térmicos) difieren de un tipo de horno a otro, así como en función de la ubicación del refractario en cada uno de ellos; las particularidades de cada uno se desarrollan en el presente trabajo de investigación. |
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