Simulation of Hydro Metallurgical Process in Reactors by the Process Simulator Limn
17
Simulación de Procesos Hidrometalúrgicos en Reactores mediante el Simulador de Procesos LIMN® Expositor : Adam Johnston Jefe de Metalurgia Transmin Metallurgical Consultants
-
Upload
pmoreyra89 -
Category
Documents
-
view
108 -
download
3
Transcript of Simulation of Hydro Metallurgical Process in Reactors by the Process Simulator Limn
Simulación de Procesos Hidrometalúrgicos en Reactores mediante el Simulador de Procesos LIMN®
Expositor : Adam JohnstonJefe de Metalurgia Transmin Metallurgical Consultants
Interfase Modelo del Proceso-Limn®-Excel
Proceso
Limn® Excel
ProcesoSimulado
Lógica del
Proceso
Modelamiento de las unidades
Lógica del
Proceso
Almacenamiento de datos
-Entorno de trabajo con Excel.-Construcción de PFDs.-Estructuración de datos.-Eliminación de referencias circulares, etc.
Diagrama de Flujo del Proceso
Process Flowsheet for Phelps Dodge’s Concentrate Leaching Facility at Bagdad, Arizona
Diagrama de BloquesFEED SLURRY
PRESSURE OXIDATION
PRODUCT SLURRY
FLASH PRODUCT SLURRY
FLASHED PRODUCT SLURRY
COOLER PRODUCT SLURRY
COOLED PRODUCT SLURRY
LIQUID/SOLID PHASE SEPARATION
DILUTED METAL CONTAINING SOLUTION
SOLVENT EXTRACTION
RAFFINATE SOLUTION
ELECTROWINNING
CATHODE COPPER
ACID NEUTRALIZATION
RESIDUE
NEUTRALIZED RAFFINATE SOLUTION
Construcción del PFD
DRAWN: CFV DATE: CLIENTJOB TITLE
CHECK: AJ DESCRIPTION PRESSURE LEACHING PLANT
200,000 t/a OF COOPER
APPR: REF DGW-002-TM-RBA-017 FILE
18/04/2006
SCALE: NA
Tanque de PLS
Stripping
Lechada de Cal
Oxigeno
Tanque de Agua Proceso
CaCO3
Agua
Purga Raffinate
Concentrado
Pulpa a CCDs Pulpa a Enfriador
Descarga Autoclave
CCD2_Overflow
CCD1 Underflow CCD3 Overflow
CCD2 Underflow
Vapor
Electrolito GastadoStripped Organico
Organico Cargado
Electrolito Rico
Gases
PLS a Extraccion
Cobre Catodico
Residuos neutralizados
Pulpa de Residuos
Raffinate Pond
PLS
Tanque Flash
Extraccion
Casa Electrolitica
Solucion LavadoAgua de Lavado
Acido a Raffinate Pond
Reciclo Raffinate
Neutralizacion de Acido
Raffinate
Autoclave
Estructuración de los datos de entrada
Tipos de componentes:•Componentes Principales
Líquidos H2O(l)H2SO4
Solutos H(+a)Cu(+2a)Fe(+2a)SO4(-2a)
Sólidos CuFeS2Cu5FeS4
Cu2SCuSFeS2
Fe2O3Cu(s)S(s)
SiO2(s)Gas H2O(g)
O2(g)
•Componentes DerivadosSolidos, t/hSolidos, G.ESolidos, m³/hSolución, t/h
Solución, m³/hSlurry, m³/hSlurry, G.E
% Cu % Fe% S
% SolidosH2SO4 en sol., % w /w
Cu, g/LH2SO4 g/L
SO4(-2a), g/LCu Recuperado, %
Configuración de la matriz mineralógica
Estequiometria Fe Cu SMineral Formula MW Fe Cu S 55.847 63.546 32.06
Calcocita Cu2S 159.152 0.00 2.00 1.00 0.00 79.86 20.14Covelita CuS 95.606 0.00 1.00 1.00 0.00 66.47 33.53Bornita Cu5FeS4 501.817 1.00 5.00 4.00 11.13 63.32 25.56Chalcopirita CuFeS2 183.513 1.00 1.00 2.00 30.43 34.63 34.94Pirita FeS2 119.967 1.00 0.00 2.00 46.55 0.00 53.45 Pirita/Pirrotita Ratio 0.90Pirrotita Fe2S2 175.814 2.00 0.00 2.00 63.53 0.00 36.47
Pirita/Pirrhotita (FeSG) 48.2 51.8
Mineral % Peso %Fe %Cu % SCalcocita 0.00 0.00 0.00 0.00Covelita 0.00 0.00 0.00 0.00Bornita 0.00 0.00 0.00 0.00Chalcopirita 83.3 25.34 28.83 29.09Pirita 3.8 1.83 0.00 1.96Total 27.17 28.83 31.05Head Assay % 27.169 28.83 31.055 Dif +/- 0.00 0.00 0.00
Tabla Nº 01: Matriz de Minerales
Modelo de la unidad Autoclave• Ingreso de los parámetros de operación
Temperatura de alimentación, º C 25
Temperatura de operación, º C 220Presión de O2 alimentado, kPa 700
Presión de Operación, kPa 3,300
P80 del Concentrado, µm 10
Carga Inicial, % solidos 16.4Reciclo de Raffinate, g/L H2SO4 1.03
Tabla 02: Condiciones de Operación Autoclave
R1 Chalcopirita 98.7R2 Chalcopirita 0.1R3 Chalcopirita 0.0R4 Bornita 0.0R5 Chalcocita 92.7R6 Chalcocita 2.0R7 Covelita 2.5R8 Covelita 90.0R9 Pirita 0.0R10 Pirita 1.7R11 Azufre 97.6R12 Sulfato de Hierro 0.0R13 Sulfato de Hierro 0.0
2FeSO4(ia) + 5O2(aq) + H2SO4(l) = Fe2(SO4)3(ia) + H2O(l)Fe2(SO4)3 + 3H2O(l) = Fe2O3(s) + 3H2SO4(l)
CuS(s) + H2SO4(l) + 0.5O2(aq) = CuSO4(ia) + H2O(l) + S(s)2FeS2(s) + 3.75O2(aq) + 4H2O = Fe2O3(s) + 4H2SO4(l)FeS2(s)+ 0.5O2(aq) + H2SO4(l) = FeSO4(ia) + 2S(s) + H2O(l)S(s) + 1.5O2(aq) + H2O(l) = H2SO4(l)
Cu5FeS4(s) + H2SO4(l) + 3.25O2(aq) = 5CuSO4(ia) + 0.5Fe2O3(s) + 5H2O(l)+ 4S(s)Cu2S(s) + H2SO4(l) + 2.5O2(aq) = 2CuSO4(ia) + H2O(l)Cu2S(s) + 2H2SO4(l) + O2(aq) = 2CuSO4(ia) + 2H2O(l) +S(s)CuS(s) + 2O2(aq) = CuSO4(ia)
CuFeS2(s) + 4.25O2(aq) + H2O(l) = CuSO4(ia)+ 0.5Fe2O3(s) +H2SO4(l)CuFeS2(s) + 2.75O2(aq) = CuSO4(ia) + 0.5Fe2O3(s) + S(s)CuFeS2(s) + H2SO4(l) + 1.25O2(aq) = CuSO4(ia) + 0.5Fe2O3(s) + H2O(l) + 2S(s)
Tabla Nº 03: Conversión de Reacciones en Autoclave condición inicial
% Conv. Ecuación BalanceadaEspecie LimitanteReación
Nº
•Metodología del tratamiento de las reacciones químicas
Tratamiento de Reacciones
Se realiza en una nueva hoja de cálculo de la siguiente forma:
• Ingreso de los coeficientes estequiométricos de las reacciones.
• Establecer los reactivos limitantes de cada reacción.• Agrupar y establecer las reacciones en serie y paralelas por
cada set de reacciones mediante matrices.• Vincular los flujos másicos a la hoja de calculo de
tratamiento de matrices.• Calcular el flujo masico por cada set de reacciones.• Calcular la cantidad final de masa producida en el reactor• Vincular los resultados a la hoja de cálculo del reactor(
Unidad autoclave)
Tratamiento de Reacciones: Matriz de Moles Reaccionadas
Kmoles Porducidos / Kmoles ReaccionadosR1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R15 R16 R17 R18
-0.313 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.001 0.000 0.000 0.000 0.0000.313 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.000 -0.3140.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.313 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.313 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.6270.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.313 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.313 0.000 0.3140.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000-0.313 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.157 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 -0.001 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000-1.330 -0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.002 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
Balances de Masa
3.- Balance de Masa
Feed t/h Feed Mmol/h Total Rx Mmol/h
Descarga Autoclave Mmol/h
Descarga Autoclave t/h Auditoria
Líquidos H2O(l) 355.526 19.73 -0.31 19.42 349.87 O KH2SO4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 O K
Solutos H(+a) 0.007 0.01 0.63 0.63 0.64 O KCu(+2a) 0.046 0.00 0.31 0.31 19.96 O KFe(+2a) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 O K
SO4(-2a) 0.489 0.01 0.63 0.63 60.76 O KO2(aq) 0.007 0.00 0.00 0.00 0.01 O K
Sólidos CuFeS2 58.21 0.32 -0.31 0.00 0.70 O KCu5FeS4 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 O K
Cu2S 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 O KCuS 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 O KFeS2 2.654 0.02 0.00 0.02 2.61 O K
Fe2O3 0.003 0.00 0.16 0.16 25.02 O KCu(s) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 O KS(s) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 O KSiO2 9.051 0.15 0.00 0.15 9.05 O K
Gas H2O(g) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 O KO2(g) 50.00 1.56 -1.33 0.23 7.34 O K
Balance OK TOTAL 475.99 475.99
Balances de Energía5.- Balance de Calor
Feed t/hEntalpia de
Componentes kJ/mol
Entalpia Alimentacion MJ/h
Descarga Autoclave
t/h
Entalpia de Componentes
kJ/mol
Entalpia Descarga Autoclave
MJ/hLíquidos H2O(l) 355.526 -285.83 -5,640,798 349.87 -270.71 -5,257,559
H2SO4 0.00 -813.99 0 0.00 -784.32 0Solutos H(+a) 0.007 0.00 0 0.64 0.00 0
Cu(+2a) 0.046 65.69 48 19.96 54.77 17,203Fe(+2a) 0.00 -92.26 0 0.02 -107.11 -42
SO4(-2a) 0.489 -909.60 -4,628 60.76 -970.58 -613,915O2(aq) 0.007 0.00 0 0.01 0.00 0
Sólidos CuFeS2 58.205 -190.37 -60,381 0.70 -170.02 -650Cu5FeS4 0.00 -380.33 0 0.00 -322.48 0
Cu2S 0.00 -79.50 0 0.00 -57.91 0CuS 0.00 -56.00 0 0.00 -46.21 0FeS2 2.654 -170.30 -3,767 2.61 -157.02 -3,413
Fe2O3 0.003 -823.00 -18 25.02 -799.74 -125,315Cu(s) 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0S(s) 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0SiO2 9.051 -910.86 -137,210 9.05 -900.55 -135,657
Gas H2O(g) 0.00 -241.83 0 0.00 -235.14 0O2(g) 50.00 0.00 0 7.34 5.87 1,347
CO2(g) 0.00 -393.51 0 0.00 -385.49 0H2(g) 0.00 0.00 0 0.00 5.61 0
Balance OK TOTAL 475.989 -5,846,754 475.989 -6,118,001
6.- Resultados del Balance de Calor
∆Masa t/h 0.00 (+ Required / - Generated)∆Entalpia MJ/h -271,247 OK
Calor generado MWh -75.35
PFD Solucionado
DRAWN: CFV DATE: CLIENTJOB TITLE
CHECK: AJ DESCRIPTION PRESSURE LEACHING PLANT
200,000 t/a OF COOPER
APPR: REF DGW-002-TM-RBA-017 FILE
18/04/2006
SCALE: NA
Tanque de PLS
Stripping
Lechada de Cal
Oxigeno
Tanque de Agua Proceso
CaCO3
Agua fresca
0.00 98.670.00 0.00
Cu, g/L
Solución, m³/h
Cu Recuperado, %
H2SO4 g/L
0.00 0.000.00 0.00
44.20 99.02451.57 68.93
6.32 100.713213.63 10.53
30.04 223.271498.20 170.67
43.26 321.941499.99 150.00
926.76 100.2921.81 1.48
4.70 1.6269.44 442.48
6.32 100.713213.63 10.53
0.13 2.053218.06 20.05
0.00 0.000.00 0.00
0.12 0.0345.72 0.94
0.13 2.053128.46 1.03
0.00 98.670.00 0.00
0.00 0.000.00 0.00
0.00 0.000.00 0.00
52.50 99.02380.11 81.89
6.32 1.4445.97 10.52
0.22 3.132880.18 1.09
0.12 1.742879.90 0.94
0.22 0.0545.70 1.09
0.12 1.722879.92 0.94
0.12 0.0345.72 0.94
0.00 0.00249.85 0.00
Neutralizacion de Acido
0.13 0.10148.38 1.03
Purga Raffinate
0.13 1.722630.07 1.03
0.00 0.006.08 0.00
Concentrado
Pulpa a CCDs
52.50 99.02380.11 81.89
Pulpa a Enfriador
Descarga Autoclave
CCD2_Overflow
CCD1 UnderflowCCD3 Overflow
CCD2 Underflow
Vapor
Electrolito GastadoStripped Organico
Organico Cargado
Electrolito Rico
Gases
PLS a Extraccion
Cobre Catodico
Residuos neutralizados
Acido a Raffinate Pond
Raffinate
Pulpa de Residuos
Agua de Lavado
Raffinate Pond
Solucion Lavado
PLS
0.13 0.23350.01 1.03
Reciclo Raffinate
Tanque Flash
Extraccion
Casa Electrolitica
Comparación de resultados
4.- Resultados en Autoclave.
Total de concentrado t/h 69.91Extracción de Cobre % 98.79Extracción de Hierro %Consumo de Oxigeno kg/t 610.17H2SO4 [Generado(+)/Consumido kg/t 440.06PLS H2SO4 Conc % Weight 7.22Flujo volumétrico de PLS m3/h 451.58Densidad de la descarga de Auto % solidos 7.98Pérdida de Peso del concentrado % 46.5Concentraciones en Solución
Cu g/L 44.20Fe g/L 0.05
H2SO4 g/L 69Concentraciones en Residuo
Cu % 0.7Fe % 27.2
S(s) % 0.0
A: Resultados de Simulación con Limn®
B: Resultados de operación de la planta piloto de Phelps Dodge en Bagdad, Arizona
Análisis de Sensibilidad
Item Units Inicial A B CFlujo de concentrado t/h 70 70 70 70Sólidos en el concentrado % 92 92 92 92Cu en concentrado % 28.8 28.8 29.6 29.6Solución PLS m³/h 3,214 3,176 3,154 3,196Tenor de Cu en PLS g/L, Cu 6.3 4.8 6.3 5.7Purga Rafinatte m³/h 148.4 164.4 187.9 187.8Cu en Purga Raffinate g/L, Cu 0.13 0.10 0.17 0.17Recuperación Global % Cu 98.7 74.4 94.3 86.80Cobre catodico producido t/a 174,205 131,338 170,850 157,290Acido Súlfurico: producido(+)/consumido(-) kg/t 440 34 -88 -169
Tabla Nº 06: Valores obtenimos del proceso despues del análisis de sensibilidadCondición
Condición Chalcopirita (%) Chalcocita (%) Covelita(%) Pirita(%) Gangue(%) Temp. Autoclave (ºC)Inicial 83.3 3.8 - - 12.9 220
A 83.3 3.8 - - 12.9 150B 3.7 18.8 20.0 50 7.5 220C 3.7 18.8 20.0 50 7..5 150
Tabla Nº 05: Escenarios de Simulación
ConclusionesLa simulación de procesos hidrometalúrgicos con Limn® presenta:
• Facilidades para la simulación de procesos hidrometalúrgicos completos dentro de Excel.
• Una manera conveniente de resolver por medio de matrices complicados sistemas de reacciones.
•Solución eficaz de balances de masa y calor que incluyan cargas circulantes.
•Evaluar diferentes alternativas de esquemas de procesos.
•Realizar estudios de sensibilidad y variabilidad.
“The Flowsheet Processor”
Para mayor información sobre Transmin, Limn® y observar demostraciones de este software en línea visite:
www.transmin.com
¡ GRACIAS !
