Fenomenos De Transporte En Metalurgia-dr. Jesus Casas 4h6n6g

Curso MI31A: FENÓMENOS DE TRANSPORTE EN METALÚRGIA

Profesor: Dr. Jesús Casas de Prada Consultor y Académico Univ. de Chile [email protected]

Departamento de Ingeniería de Minas Universidad de Chile

PRESENTANDONOS

¿Qué Expectativas Tengo Para Este Curso?

Materiales

Minerales Aleaciones Industriales

Sales

Metales PROCESOS METALURGICOS

ciencias básicas

operaciones unitarias

ciencias de la ingeniería

FENÓMENOS DE TRANSPORTE

Estos Fenómenos:

Fluidodinámica: (Transporte de Momentum)

Frecuentemente ocurren simultáneamente. z

Las ecuaciones básicas que los describen son muy similares. z

Transferencia de Calor: (Transporte de Energía)

Las herramientas matemáticas necesarias son muy similares. z

Los mecanismos moleculares que ocurren en estos fenómenos son similares y son responsables de la viscosidad, la conductividad térmica y la difusión. z

Transferencia de Masa: (Transporte de masa de especies químicas)

Objetivos del Curso

•Identificar y cuantificar los fenómenos de transporte de cantidad de movimiento, calor y materia en sistemas metalúrgicos. •Calcular propiedades físicas de transporte. •Resolver problemas transporte.

básicos

de

fenómenos

de

•Resolver analítica y numéricamente problemas metalúrgicos que involucren fenómenos de transporte.

Contenidos del Curso: 1. 2. 3. 4. 5.

Introducción. Transferencia de Cantidad de Movimiento. Transferencia de Calor. Transferencia de Masa. Análisis y Aplicaciones en Metalurgia Extractiva y Minería.

BIBLIOGRAFÍA: •"Fenómenos de Transporte en Metalurgia Extractiva". José Luis Otero de la Gándara. Universidad de Alhambra. España, 1989. •“Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer”. J.R. Welty, C.E. Wicks and R.E. Wilson, Wiley, 2nd ed., 1976. (1st ed. 1969). • “Porous Media: Fluid Transport and Pore Structure”, F.A.L. Dullien, Academic Press, 1992. •“Rate Phenomena in Process Metallurgy”, J. Szekely and N.J. Themelis, Wiley, N.Y., 1971. •"Rate Processes of Extractive Metallurgy". Eds: Hong Yong Sohn and Milton E. Wadsworth. Plenum Press, 1979, New York. •“Transport Phenomena”, R.B. Bird, W.E. Stewart and E.N. Lightfoot, 2nd Ed., Wiley, N.Y., 2001, (1st edition 1960). •“Transport Phenomena in Metallurgy”, G. H. Geiger and D. R. Poirier, Minerals Metals and Materials Society, 1994.

FENOMENOS DE TRANSPORTE PROCESOS: Difusión, Convección, Radiación, Migración, Diálisis, Osmosis, Adsorción, Absorción, Evaporación, Condensación, Cambio de Fase, Cristalización, Lixiviación, Fusión, Flotación, Filtración, Sedimentación, Coagulación, Floculación, Centrifugación, Precipitación, Reacción, Combustión, Oxidación, Neutralización, etc. TRANSPORTE: TRANSFERENCIA, FLUJO (DINÁMICA) • • •

CANTIDAD DE MOVIMIENTO (MOMENTUM, ENERGÍA MECÁNICA) CALOR (ENERGÍA TÉRMICA) MASA, MATERIA

MATERIA

ENERGIA

MINERAL AGUA

SUPERFICIES

CINETICA DE REACCION Y FENOMENOS DE TRANSPORTE

AIRE Reactivos Energía

AMBIENTAL QUIMICA Y TERMODINAMICA

PROCESO INDUSTRIAL

MODELACION BIOLOGIA Y BIOQUIMICA

SISTEMAS GEOQUIMICOS

CONSERVACION DE LA MASA Y ENERGIA

BALANCES:

masa y energía (materia, calor y movimiento) Principios de Conservación

CINETICAS:

transformaciones, cambios de fase, ruptura de moléculas (enlaces)

Atmósfera

transferencia de fase

dnA

Flujo Entrada

Sistema Industrial

Flujo Salida

CA = nA

dnA

dnA

V transferencia de fase

dnA Suelo

Transferencias / Transportes en un Sistema Industrial

CICLO HIDROGEOLÓGICO

Lixiviación

Mineral

Disolución Meteorización

Aire

Agua

EL YACIMIENTO, BASE DEL NEGOCIO MINERO Codelco-Chile

Esquema de Mineralizaciones en un Yacimiento de Cobre Típico

Lixiviación de Minerales en Bateas

LIXIVIACIÓN DE MINERALES EN PILAS

Flujo de solución de lixiviación

∂C − Dv ∂z

qC

Transporte de solutos por flujo convectivo

Flujo de solución de lixiviación

Transporte de solutos por flujo dispersivo

AGLOMERACIÓN DE MINERALES

Tambor Rotatorio (R. Collado)

PLANTA DE LIXIVIACION EN REACTORES

LIXIVACION EN REACTORES

Reactor Agitado Mecánicamente

Reactor Pachuca Agitado con aire

Reactor a Presión (Autoclave)

PROCESO DE EXTRACCION POR SOLVENTES (SX)

BATEMAN® MIXER-SETTLER DECANTADOR BATEMAN DE FLUJO REVERSO

OUTOTEC Mixer-Settlers

Convertidor Teniente

Esquema del Convertidor Teniente

TECNOLOGIA HORNO FLASH Concentrado seco Aire + Oxígeno

QUEMADOR CONCENTRADO

Distribución Aire

TORRE REACCION

GAS SALIDA

ESCORIA

MATA SEDIMENTADOR Escoria Mata

Celda Electrolítica

Solución Celda • Electrólito • Anodo (+) • Cátodo (-)

• • • • •

H2O H2SO4 CuSO4 aditivos Impurezas

ELECTRODIALISIS

Tratamiento de Gases Fundición

Tratamiento de Gases Laboratorio

Planta de Tratamiento de RILes Laboratorio CENMA

Tranque de Relaves

IMPACTO DE FAENA MINERA EN AGUAS DE DESHIELO

Flujos Involucrados en un Botadero de Mineral

Manejo de Residuos Sólidos en Zonas Lluviosas

Transporte en Aguas Subterráneas

Recuperación de Agua (relaves en pasta)

Celdas de Flotación de Minerales

Celda de Flotación

Flotación de Minerales

Niveles de Estudio o Abstracción Macroscópico:

Salida de Flujo

Balances Macroscópicos “Caja negra” con respecto a flujos de entrada y salida. No se requiere un estudio de los detalles del sistema punto de partida

Entrada de Flujo

Niveles de Estudio o Abstracción Microscópico y molecular: Interesa lo que ocurre en un área pequeña del equipo. Ecuaciones de cambio para ese volumen de control. Interesa obtener “perfiles” de velocidad, temperatura, presión y concentración en el sistema.

Molecular: Entendimiento fundamental de los mecanismos de transporte en términos de la estructura molecular y fuerzas intermoleculares.

Modelación Fenomenológica: • Balances de Masa, Energía y Cantidad de Movimiento • Leyes físicas • Relaciones de Equilibrio Químico y de Fases • Ecuaciones Cinéticas • Correlaciones para cálculo de Propiedades • etc. r ∂ρ + ∇ ⋅ (ρ v ) = 0 Continuida d ∂t

Balance − de − Masa

r ∂ci = −∇ ⋅ N i + Ri ∂t

r r N i = ci vi = − zi ui Fci ∇Φ − Di ∇ci + ci v Mi gra ción

Navier − Stokes

Difusión

r r ⎛ ∂v r r ⎞ 2r ρ ⎜ + v ⋅ ∇v ⎟ = −∇p + μ∇ v + ρg ⎝ ∂t ⎠

Difusion − Convecion

Electroneutralidad

∂ 2c D 2 ∂y

∂c ∂c = vx + vy ∂x ∂y

∑zc

i i

=0

r i = −κ∇φ i

Corriente Eléctrica

Convección