El proceso ISASMELT es un proceso de fundición energéticamente eficiente que fue desarrollado conjuntamente desde la década de 1970 hasta la de 1990 por Mount Isa Mines Limited (una subsidiaria de MIM Holdings Limited y ahora parte de Glencore plc) y la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization del gobierno australiano ( " CSIRO "). Tiene costos operativos y de capital relativamente bajos para un proceso de fundición.
La tecnología ISASMELT se ha aplicado a la fundición de plomo, cobre y níquel, y en 2013 había quince plantas en funcionamiento en diez países, con otras cinco en diversas etapas de desarrollo. [1] La capacidad instalada de las plantas operativas en 2013 fue de más de 8 millones de toneladas por año ( t / a ) de materias primas para piensos, con capacidad adicional que entrará en funcionamiento en 2013 y 2014. [2]
Las fundiciones basadas en el proceso de cobre ISASMELT se encuentran entre las fundiciones de cobre de menor costo del mundo. [3]
El horno ISASMELT
Un horno ISASMELT es un recipiente de acero de forma cilíndrica vertical que está revestido con ladrillos refractarios. [4] Hay un baño fundido de escoria, mate o metal (según la aplicación) en el fondo del horno. Se introduce una lanza de acero en el baño a través de un orificio en el techo del horno, y el aire o aire enriquecido con oxígeno que se inyecta a través de la lanza en el baño provoca una vigorosa agitación del baño.
Los concentrados minerales o los materiales para reciclar se depositan en el baño a través de otro orificio en el techo del horno o, en algunos casos, se inyectan por la lanza. Estos materiales de alimentación reaccionan con el oxígeno del gas inyectado, lo que da como resultado una reacción intensiva en un volumen pequeño (en relación con otras tecnologías de fundición).
Las lanzas ISASMELT contienen uno o más dispositivos llamados "remolinos" que hacen que el gas inyectado gire dentro de la lanza, forzándolo contra la pared de la lanza y enfriándola. El remolino consta de paletas curvas alrededor de un tubo central que forma un flujo anular. [5] Están diseñados para minimizar las pérdidas de presión cambiando el ángulo de axial a tangencial creando así un fuerte vórtice. [6] El vórtice ayuda a mezclar líquidos y sólidos con oxígeno en el baño. [7] El efecto de enfriamiento da como resultado una capa de escoria que se "congela" en el exterior de la lanza. Esta capa de escoria sólida protege la lanza de las altas temperaturas dentro del horno. La punta de la lanza que está sumergida en el baño eventualmente se desgasta, y la lanza gastada se reemplaza fácilmente por una nueva cuando sea necesario. Posteriormente, se cortan las puntas gastadas y se suelda una nueva punta al cuerpo de la lanza antes de devolverla al horno.
Los hornos ISASMELT normalmente operan en el rango de 1000–1200 ° C, dependiendo de la aplicación. [4] [8] Los ladrillos refractarios que forman el revestimiento interno del horno protegen la carcasa de acero del calor dentro del horno.
Los productos se retiran del horno a través de uno o más "orificios de grifería" en un proceso llamado "roscado". Esto puede ser una extracción continua o en lotes, con los orificios del grifo bloqueados con arcilla al final de un grifo y luego reabiertos mediante perforación o con una lanza térmica cuando sea el momento del siguiente grifo.
Se permite que los productos se separen en un recipiente de sedimentación, como un horno de retención rotatorio o un horno eléctrico.
Al fundir concentrados de sulfuro, la mayor parte de la energía necesaria para calentar y fundir los materiales de alimentación se deriva de la reacción del oxígeno con el azufre y el hierro en el concentrado. Sin embargo, se requiere una pequeña cantidad de energía suplementaria. Los hornos ISASMELT pueden utilizar una variedad de combustibles, incluidos carbón, coque, coque de petróleo, petróleo y gas natural. El combustible sólido se puede agregar a través de la parte superior del horno con los otros materiales de alimentación, o se puede inyectar por la lanza. Se inyectan combustibles líquidos y gaseosos por la lanza.
Ventajas del proceso ISASMELT
Las ventajas del proceso ISASMELT incluyen:
- Alta productividad con una huella pequeña: la fundición de cobre de Glencore en Mount Isa trata más de 1 millón de t / a de concentrado de cobre a través de un solo horno de 3,75 m de diámetro. [4] El tamaño reducido hace que el proceso sea adecuado para la modernización de fundiciones existentes donde hay limitaciones de espacio importantes [9] [10]
- Operación simple: el horno ISASMELT no requiere una preparación extensa de la alimentación, ya que la alimentación se puede descargar desde una cinta transportadora directamente al horno [11]
- alta eficiencia energética: la instalación de un horno ISASMELT en la fundición de cobre de Mount Isa redujo el consumo de energía en más del 80% (mediante un mejor uso de la energía inherente contenida en el concentrado de sulfuro) en comparación con los hornos tostadores y reverberatorios que se usaban anteriormente allí [3]
- Flexibilidad en los tipos de alimentación: los hornos ISASMELT se han utilizado para fundir concentrados de cobre, plomo y níquel con una amplia gama de composiciones, [12] incluidos altos niveles de magnetita, [11] y materiales secundarios, como chatarra de cobre y baterías de plomo-ácido. pegar [13]
- Flexibilidad en los tipos de combustible: los hornos ISASMELT pueden operar con una variedad de combustibles, incluido carbón en trozos de diferentes rangos, coque (en trozos o fino), coque de petróleo, petróleo (incluido el aceite reciclado), gas natural y gas licuado de petróleo, según el cual. es el más económico en la ubicación de la fundición [4]
- Alto índice de reducción: la tasa de alimentación de una sola instalación ISASMELT puede ampliarse o reducirse fácilmente, según la disponibilidad de concentrado y las necesidades de la fundición.
- Bajo arrastre de alimentación: los hornos ISASMELT normalmente pierden alrededor del 1% de la alimentación como arrastre con el gas residual, lo que significa que hay menos material que debe devolverse al horno para su retratamiento [4]
- Contención eficaz de las emisiones fugitivas: debido a que el horno tiene solo dos aberturas en la parte superior, cualquier emisión fugitiva puede capturarse fácilmente [11]
- Alta eliminación de elementos menores nocivos: debido a la acción de lavado de los gases inyectados en las escorias del horno ISASMELT, los hornos ISASMELT de cobre tienen una alta eliminación de elementos menores, como bismuto y arsénico, que pueden tener efectos nocivos sobre las propiedades del producto. cobre [14]
- Alta concentración de dióxido de azufre en el gas residual: el uso de enriquecimiento de oxígeno da a las plantas ISASMELT altas concentraciones de dióxido de azufre en la corriente de gas residual, lo que hace que las plantas de ácido sean más baratas de construir y operar.
- Costo operativo relativamente bajo: la eficiencia energética del proceso, la preparación simple de la alimentación, la relativa falta de partes móviles, las bajas tasas de arrastre de la alimentación, los bajos requisitos de mano de obra y la facilidad para reemplazar las lanzas y los revestimientos refractarios cuando están desgastados dan ISASMELT Procesar costes operativos relativamente bajos [11]
- Costo de capital relativamente bajo: la simplicidad de la construcción de los hornos ISASMELT y la capacidad de tratar el concentrado sin secar lo hacen más barato que otros procesos de fundición. [11] [15]
Historia del proceso
Trabajo de desarrollo temprano (1973-1980)
La historia del proceso ISASMELT comenzó con la invención en 1973 de la lanza Sirosmelt por los doctores Bill Denholm y John Floyd en el CSIRO. [16] [17] La lanza se desarrolló como resultado de investigaciones sobre procesos mejorados de fundición de estaño, en los que se encontró que el uso de una lanza sumergida de entrada superior daría como resultado una mayor transferencia de calor y eficiencias de transferencia de masa. [17]
La idea de las lanzas sumergidas de entrada superior se remonta al menos a 1902, cuando se intentó un sistema de este tipo en Clichy, Francia. [18] Sin embargo, los primeros intentos fracasaron debido a la corta vida útil de las lanzas sumergidas en el baño. El proceso de fundición de cobre de Mitsubishi es un enfoque alternativo, en el que las lanzas se utilizan en un horno, pero no se sumergen en el baño. En cambio, soplan aire enriquecido con oxígeno sobre la superficie de la escoria (chorro superior). [19] De manera similar, una lanza de chorro superior refrigerada por agua fue la base del proceso de fabricación de acero LD ( Linz-Donawitz ). Esto no produce la misma intensidad de mezcla en el baño que una lanza sumergida. [17]
Los científicos de CSIRO primero intentaron desarrollar un sistema de lanza sumergido usando un sistema de lanza enfriado por agua, pero cambiaron a un sistema enfriado por aire porque "el aumento de escala de la lanza enfriada por agua habría sido problemático". [17] Introducir agua en un sistema que involucra metales fundidos y escorias puede resultar en explosiones catastróficas, como la de Scunthorpe Steelworks en noviembre de 1975 en la que 11 hombres perdieron la vida. [20]
La inclusión de los remolinos en la lanza Sirosmelt y la formación de una capa de escoria en la lanza fueron las principales innovaciones que llevaron al desarrollo exitoso de la fundición con lanza sumergida.
A partir de 1973, los científicos de CSIRO comenzaron una serie de ensayos utilizando la lanza Sirosmelt para recuperar metales de escorias industriales en Australia, incluida la escoria de ablandador de plomo en Broken Hill Associated Smelters en Port Pirie (1973), escoria de estaño de Associated Tin Smelters en Sydney ( 1974), escoria de conversión de cobre en la planta de refinación y fundición electrolítica ("ER&S") de Port Kembla (1975) y escoria de horno de ánodos de cobre en Copper Refineries Limited (otra subsidiaria de MIM Holdings) en Townsville (1976) y de escoria de conversión de cobre en Monte Isa (1977). [17] El trabajo procedió luego a la fundición de concentrados de estaño (1975) y luego a la de concentrados de estaño sulfídico (1977). [17]
MIM y ER&S financiaron conjuntamente los ensayos de tratamiento de escoria del convertidor de Port Kembla de 1975 y la participación de MIM continuó con el trabajo de tratamiento de escoria en Townsville y Mount Isa. [21]
Paralelamente a los trabajos de tratamiento de la escoria de cobre, el CSIRO continuó trabajando en la fundición de estaño. Los proyectos incluyeron una planta de cinco toneladas ("t") para recuperar estaño de escoria que se instaló en Associated Tin Smelters en 1978, y el primer trabajo de prueba de fundición sulfídica que se realizó en colaboración con Aberfoyle Limited, en la que se extrajo estaño a partir de mineral de estaño pirítico y a partir de concentrados mixtos de estaño y cobre. [22] Aberfoyle estaba investigando la posibilidad de utilizar el enfoque de lanza Sirosmelt para mejorar la recuperación de estaño de minerales complejos, como su mina en Cleveland, Tasmania, y la zona de mineral de Queen Hill cerca de Zeehan en Tasmania . [23] [24]
El trabajo de Aberfoyle condujo a la construcción y operación a fines de 1980 de una planta piloto de vaporización de mate de estaño de cuatro t / h en la Fundición de Níquel Kalgoorlie de Western Mining Corporation , ubicada al sur de Kalgoorlie , Australia Occidental . [24]
Liderar el desarrollo de ISASMELT
Trabajo a pequeña escala (1978-1983)
A principios de la década de 1970, la tecnología tradicional de altos hornos y plantas de sinterización, que era el pilar de la industria de fundición de plomo, estaba sometida a una presión sostenida debido a requisitos medioambientales más estrictos, mayores costos de energía, disminución de los precios de los metales y aumento de los costos de capital y operativos. [dieciséis]
Muchas empresas de fundición buscaban nuevos procesos para reemplazar las plantas de sinterización y los altos hornos. Las posibilidades incluían el proceso de fundición de plomo QSL, el proceso Kivcet, el convertidor rotatorio de soplado superior Kaldo y la adaptación del exitoso horno flash de cobre y níquel de Outokumpu a la fundición de plomo. [25]
MIM estaba buscando formas de salvaguardar el futuro de sus operaciones de fundición de plomo en Mount Isa. Hizo esto de dos maneras:
- trabajando para mejorar el desempeño ambiental y operativo de sus operaciones existentes
- investigando nuevas tecnologías. [dieciséis]
MIM investigó nuevas tecnologías organizando pruebas de planta de grandes parcelas de concentrados de plomo Mount Isa para todas las opciones de proceso en ese momento, excepto el proceso Kivcet. Al mismo tiempo, había tenido conocimiento del uso de lanzas de chorro superior en los procesos de Mitsubishi y Kaldo , y de las investigaciones de lanzas de combustión sumergidas de entrada superior llevadas a cabo por ASARCO Limited (que tenía una larga asociación con MIM, incluido ser accionista en MIM Holdings) en la década de 1960. Esto estimuló el interés de MIM en la lanza Sirosmelt, que fue vista como una forma de producir una lanza sumergida robusta. [dieciséis]
Después de las pruebas de escoria de cobre de 1976-1978, MIM inició un proyecto conjunto con CSIRO en 1978 para investigar la posibilidad de aplicar lanzas Sirosmelt a la fundición de plomo. [8]
El trabajo comenzó con el modelado por computadora de la termodinámica del equilibrio (1978) y fue seguido por un trabajo de prueba a escala de laboratorio utilizando grandes crisoles de silicato de alúmina (1978-1979). Los resultados fueron lo suficientemente alentadores como para que MIM construyera un banco de pruebas de 120 kg / h en Mount Isa. Comenzó a operar en septiembre de 1980. Esto se utilizó para desarrollar un proceso de dos etapas para producir lingotes de plomo a partir del concentrado de plomo de Mount Isa. La primera etapa fue un paso de oxidación que eliminó prácticamente todo el azufre de la alimentación, oxidando el plomo contenido a óxido de plomo (PbO) que se recogió en gran parte en la escoria (parte del horno se llevó a cabo como humo de óxido de plomo que se devolvió para recuperación de plomo). La segunda etapa fue una etapa de reducción en la que se eliminó el oxígeno del plomo para formar plomo metálico. [8]
La planta piloto líder de ISASMELT (1983-1990)
Tras el trabajo de prueba de 120 kg / h, MIM decidió proceder a instalar una planta piloto ISASMELT de plomo de 5 t / h en su fundición de plomo Mount Isa. Compró el horno de ahumado mate de Aberfoyle y lo transportó de Kalgoorlie a Mount Isa, donde fue reconstruido y puesto en servicio en 1983 [17] para demostrar la primera etapa del proceso en funcionamiento continuo y para probar el paso de reducción utilizando lotes de escoria con alto contenido de plomo. . [26]
Una de las características clave de la planta piloto era que la manejaba el personal de operaciones de la fundición de plomo como si fuera una planta de operaciones. [16] La escoria con alto contenido de plomo producida por la fundición continua del concentrado de plomo se trató posteriormente en la planta de sinterización, aumentando así la producción de la fundición de plomo hasta en un 17%. [27] Esto le dio a la gente de operaciones la propiedad de la planta y un incentivo para hacerla funcionar, asegurando así la prioridad de gestión y mantenimiento. También le dio a MIM la garantía de que el proceso era lo suficientemente simple como para ser operable en un entorno de producción, con personal y supervisión normales, y que era lo suficientemente robusto para resistir las excursiones de control normales. [16] Además de la operación continua de concentrado de plomo para producir escoria con alto contenido de plomo, la planta piloto se utilizó para producir metal de plomo a partir de lotes de escoria, [26] investigar las tasas de desgaste del revestimiento refractario y las lanzas del horno, y trabajo inicial destinado a desarrollar una versión de baja presión de la lanza Sirosmelt. El resultado fue un diseño de lanza que permitió la operación a una presión significativamente menor que los valores iniciales de aproximadamente 250 kilopascal (manométrico) ("kPag"), reduciendo así los costos operativos. [8]
MIM construyó un segundo horno idéntico al lado del primero y lo puso en marcha en agosto de 1985. Esta combinación de hornos se utilizó para demostrar el proceso de dos etapas en funcionamiento continuo a mediados de 1987. [26] Sin embargo, durante la mayor parte del tiempo, los dos hornos no pudieron funcionar simultáneamente debido a una restricción en la capacidad de la cámara de filtros utilizada para filtrar el polvo de plomo del gas residual. [26]
Una serie de mejoras en el proceso, particularmente en el sistema de manejo de gases residuales, resultó en un aumento del rendimiento de la planta desde el diseño inicial de 5 t / ha 10 t / h. [11] La planta piloto había tratado más de 125.000 toneladas de concentrado de plomo en abril de 1989. [13]
Los dos hornos también se utilizaron para desarrollar un proceso para recuperar el plomo de las operaciones de escoria de la fundición de plomo de Mount Isa. [26]
La planta de demostración líder de ISASMELT (1991-1995)
Sobre la base de los resultados del trabajo de la planta piloto, el Consejo de Administración de MIM Holdings aprobó la construcción de una planta de demostración de 65 millones de dólares australianos [28] , capaz de producir 60.000 toneladas anuales de lingotes de plomo. [26] Esta planta operó desde principios de 1991 hasta 1995. [29] Inicialmente fue diseñada para tratar 20 t / h de concentrado de plomo utilizando aire de lanza enriquecido al 27%. Sin embargo, el oxígeno originalmente designado para su uso se desvió a las operaciones de fundición de cobre más rentables, y la tasa de alimentación a la planta de demostración de plomo ISASMELT fue severamente restringida. [29] Cuando hubo suficiente oxígeno disponible en 1993 para aumentar el nivel de enriquecimiento al 33-35%, se alcanzaron tasas de tratamiento de hasta 36 t / h de concentrado, con plomo residual en la escoria del horno de reducción final en el rango de 2-5%. [29]
El enfoque de dos etapas para la fundición de plomo ISASMELT fue impulsado en parte por el contenido de plomo relativamente bajo de los concentrados de plomo Mount Isa (típicamente en el rango de 47-52% de plomo durante el período de desarrollo de plomo ISASMELT). [8] [30] [31] Tratar de producir lingotes de plomo en un solo horno con grados de concentración tan bajos resultaría en una fuga excesiva de óxido de plomo con una gran cantidad de material que tendría que ser devuelto al horno para recuperar el plomo. [8] y, en consecuencia, una mayor demanda de energía ya que ese material tuvo que ser recalentado a las temperaturas del horno.
Los concentrados con mayor contenido de plomo se pueden fundir directamente en plomo metálico en un solo horno sin exceso de humo. [8] Esto se demostró a gran escala en 1994, cuando se trataron 4000 t de concentrado que contenía 67% de plomo a tasas de hasta 32 t / h con aire de lanza enriquecido al 27%. Durante estas pruebas, el 50% del plomo en el concentrado se convirtió en lingotes de plomo en el horno de fundición, mientras que la mayor parte del resto terminó como óxido de plomo en la escoria del horno de fundición. [29]
Al igual que la planta piloto líder de ISASMELT, la planta de demostración líder de ISASMELT sufrió las limitaciones impuestas por el sistema de manejo de gases residuales. En el caso de la planta de demostración, el problema fue causado por un humo pegajoso que formó una capa aislante en los haces de tubos de convección de las calderas de calor residual, lo que redujo significativamente las tasas de transferencia de calor y, por lo tanto, la capacidad de las calderas para reducir la temperatura del gas residual. . [13] Como la planta usaba filtros de mangas para filtrar el humo de plomo del gas residual, era necesario reducir la temperatura del gas por debajo del punto en el que las bolsas se dañarían por las altas temperaturas. El problema se resolvió permitiendo que el aire frío se mezclara con el gas residual caliente para reducir la temperatura a un nivel en el que la cámara de filtros pudiera funcionar. [13] Esto redujo la capacidad de la planta ISASMELT porque nuevamente estaba limitada por el volumen de gas que podía ser filtrado por la cámara de filtros.
La planta de demostración líder de ISASMELT se suspendió en 1995 porque no había concentrado suficiente para mantener en funcionamiento tanto a ella como al resto de la fundición de plomo. [13] Era demasiado pequeño para tratar todo el concentrado de plomo de Mount Isa por sí solo.
Plantas comerciales ISASMELT de plomo primario (2005–)
El primer horno comercial ISASMELT de plomo primario se instaló en el complejo nuevo de fundición de zinc y plomo de Yunnan Chihong Zinc and Germanium Company Limited (YCZG) en Qujing, provincia de Yunnan, China. [32] Este horno formaba parte de una planta que constaba del horno ISASMELT y un alto horno especialmente diseñado para tratar escoria ISASMELT con alto contenido de plomo. [29] El horno ISASMELT fue diseñado para producir tanto escoria como lingotes de plomo, y aproximadamente el 40% del plomo en el concentrado se convirtió en lingotes de plomo en el horno ISASMELT. [32]
La combinación ISASMELT-alto horno fue diseñada para tratar 160.000 t / año de concentrado de plomo. [1]
El segundo horno comercial ISASMELT de plomo primario se puso en servicio en el complejo de fundición de Kazzinc en Ust-Kamenogorsk en Kazajstán en 2012. Está diseñado para tratar 300.000 t / año de concentrado de plomo, nuevamente utilizando una combinación de alto horno ISASMELT. [1]
YCZG está construyendo otro ISASMELT líder en una nueva fundición totalmente nueva en Huize, China, y está previsto que se ponga en funcionamiento en 2013. [1]
En junio de 2017, Glencore anunció que Nyrstar NV había adquirido una licencia de Isasmelt para su nuevo horno Ausmelt en Port Pirie . Como parte del acuerdo, Nyrstar contrató a personal de las operaciones de Glencore en Kazzinc en Kazajstán para capacitar y mejorar los servicios de apoyo para el horno Ausmelt y el alto horno . Esto implicó la capacitación del personal de Nyrstar en las operaciones de Ust-Kamenogorsk y el apoyo en el sitio por parte del personal de Kazzinc durante las etapas de puesta en marcha y puesta en marcha de la planta de Ausmelt. [33]
Fundición de plomo secundario (1982–)
Mientras se diseñaba la planta piloto de plomo ISASMELT de 5 t / h en 1982-1983, MIM siguió utilizando el banco de pruebas de 120 kg / h para desarrollar otros procesos, incluido el proceso de tratamiento de escoria mencionado anteriormente y el tratamiento de la batería de plomo-ácido. pasta para reciclaje de plomo. [8]
El Consejo de Administración de MIM Holdings aprobó la construcción de una planta ISASMELT en Britannia Refined Metals, la refinería líder de la compañía en Northfleet en el Reino Unido, para la recuperación comercial de plomo de pasta de batería para complementar la planta existente, que utilizó un horno rotatorio corto para producir 10.000 t / a de plomo. [34] La nueva planta aumentó la producción anual a 30.000 t / año de plomo reciclado y se puso en marcha en 1991. [34] El horno ISASMELT se utilizó para producir lingotes de plomo con bajo contenido de antimonio a partir de la pasta de batería y una escoria rica en antimonio que contenía 55-65% de óxido de plomo. Si bien fue posible recuperar el plomo de la escoria en el horno ISASMELT mediante una etapa de reducción, el rendimiento total de la planta se incrementó tratando la escoria en el horno rotatorio corto cuando se habían generado cantidades suficientes de escoria. [34] La planta se diseñó para tratar 7,7 t / h de pasta de batería, pero habitualmente trataba 12 t / h. [34] La planta se cerró en 2004 cuando Xstrata Zinc, que se hizo cargo de las operaciones principales de MIM Holdings, decidió dejar el negocio de reciclaje de plomo. [34]
Una segunda planta ISASMELT de plomo para recuperar plomo de baterías recicladas se puso en servicio en 2000 en Malasia en la planta de Pulau Indah de Metal Reclamation Industries. [34] Esta planta ISASMELT tiene una capacidad de diseño de 40.000 t / año de lingotes de plomo. [1]
Desarrollo de cobre ISASMELT
Trabajo de prueba a pequeña escala (1979-1987)
Los científicos del CSIRO llevaron a cabo un trabajo de prueba a pequeña escala en concentrado de sulfuro de cobre en 1979, [17] utilizando el banco de pruebas Sirosmelt de 50 kg del CSIRO. [35] Estos ensayos incluyeron la producción de mate de cobre que contenía entre un 40 y un 52% de cobre y, en algunos casos, la conversión del mate para producir cobre blíster. [35]
Los resultados de este trabajo fueron lo suficientemente alentadores para que MIM en 1983 [36] emprendiera su propio programa de trabajo de prueba de fundición de cobre utilizando su banco de pruebas de 120 kg / h, que para entonces se había vuelto a calibrar a 250 kg / h. [28] Se encontró que el proceso era fácil de controlar y que la pérdida de cobre a la escoria era baja. [11] También se supo que el proceso podría recuperar fácilmente el cobre del concentrado de escoria del convertidor de cobre, del cual había una gran reserva en Mount Isa. [11]
La planta de demostración de cobre ISASMELT (1987-1992)
La construcción de una planta de demostración de cobre ISASMELT de 15 t / h comenzó en 1986. El diseño se basó en el trabajo de prueba de 250 kg / h de MIM y la experiencia operativa con la planta piloto ISASMELT líder. [28] Cuesta 11 millones de dólares australianos [11] y se puso en servicio en abril de 1987. [28] El costo de capital inicial se recuperó en los primeros 14 meses de funcionamiento. [27]
Al igual que con la planta piloto de plomo ISASMELT, la planta de demostración de cobre ISASMELT se integró en las operaciones de fundición de cobre [16] y se justificó por el aumento del 20% (30.000 t / año) en la producción de cobre que proporcionó. [11] Rápidamente trató toda la acumulación de concentrado de escoria del convertidor, que no podía tratarse a altas velocidades en los hornos de reverberación sin generar acumulaciones de magnetita ("Fe 3 O 4 ") que requerirían cerrar los hornos de reverberación para su eliminación. [37]
La planta de demostración de cobre ISASMELT se utilizó para desarrollar aún más el proceso del cobre. La vida de los refractarios fue inicialmente más corta de lo esperado [38] y se dedicó un esfuerzo considerable a comprender las razones e intentar extender la vida de los refractarios. [38] Al final de la vida útil de la planta de demostración, la vida refractaria más larga lograda fue de 90 semanas. [38]
La vida de Lance también fue baja inicialmente. [38] Los operadores sin experiencia podrían destruir una lanza en tan solo 10 minutos. [38] Sin embargo, como resultado de modificaciones en el diseño de la lanza, el desarrollo de técnicas para determinar la posición de la lanza en el baño y un aumento en la experiencia operativa, la vida típica de la lanza se extendió a una semana. [38]
La planta de demostración se puso en marcha con aire a alta presión (700 kPag) inyectado por la lanza. [28] Más tarde, después de extensas pruebas de diseños de lanzas de baja presión y ensayos con enriquecimiento con oxígeno del aire de la lanza, se adquirió una planta de oxígeno de 70 t / dy un soplador de 5 Nm3 / s con una presión de descarga de 146 kPag. [28] El nuevo diseño de lanza fue capaz de operar a presiones por debajo de 100 kPag. [36] Con el enriquecimiento del oxígeno en el aire de la lanza al 35%, el rendimiento de la planta de demostración se elevó a 48 t / h de concentrado y la energía bruta utilizada durante la fundición se redujo de 25,6 GJ / t de cobre contenido a 4,1 GJ. / t. [28]
Plantas comerciales ISASMELT de cobre primario (1990–)
La exitosa operación y desarrollo del cobre de demostración ISASMELT, y el grado de interés mostrado en el nuevo proceso por la comunidad mundial de fundición, le dio a MIM Holdings suficiente confianza para licenciar la tecnología ISASMELT a empresas externas, [39] por lo que un acuerdo en virtud del cual MIM podría incorporar la lanza Sirosmelt en la tecnología ISASMELT se firmó con el CSIRO en 1989. [27]
AGIP Australia Pty Ltd
MIM firmó el primer acuerdo de licencia ISASMELT con Agip Australia Proprietary Limited ("Agip") en julio de 1990. Agip, una subsidiaria de la compañía petrolera italiana ENI , estaba desarrollando el depósito de níquel-cobre Radio Hill cerca de Karratha en Australia Occidental. [27] MIM y representantes de Agip llevaron a cabo una serie de pruebas en las que se fundieron 4 toneladas de concentrado de Radio Hill en el banco de pruebas de 250 kg / h en Mount Isa. [27]
La planta Agip ISASMELT fue diseñada para tratar 7,5 t / h del concentrado Radio Hill y producir 1,5 t / h de mata granulada con un contenido combinado de níquel y cobre del 45% para la venta., [27] [28] Fue lo mismo tamaño como la planta de demostración de cobre ISASMELT (2,3 m de diámetro interno) y tenía un soplador de 5,5 Nm3 / s para proporcionar el aire de lanza. [27] La puesta en servicio de la planta comenzó en septiembre de 1991; [13] sin embargo, la mina y el complejo de fundición de Radio Hill se vieron obligados a cerrar por los bajos precios del níquel después de menos de seis meses, [13] antes de que se completara la puesta en servicio. [28] El horno ISASMELT alcanzó su capacidad de diseño en tres meses. [13] Los propietarios posteriores de la mina se centraron únicamente en la minería y el procesamiento de minerales, y la planta ISASMELT ha sido desmantelada. [13]
Freeport-McMoRan Copper and Gold Inc.
En 1973, la fundición Freeport-McMoRan Copper and Gold Inc. ("Freeport") en Miami, Arizona , instaló un horno eléctrico de 51 MW en su fundición de Miami. La decisión se basó en un contrato de energía eléctrica a largo plazo con el Proyecto Salt River que proporcionó a la empresa una tarifa de electricidad muy baja. [9] Este contrato expiró en 1990 y el consiguiente aumento de los precios de la electricidad llevó a los entonces propietarios de la fundición, Cyprus Miami Mining Corporation ("Chipre"), a buscar tecnologías de fundición alternativas para reducir los costes operativos. [9]
Las tecnologías evaluadas incluyeron:
- Reactor ciclónico de llama en la parte superior
- Horno flash inco
- ISASMELT
- Horno Mitsubishi
- Reactor de Noranda
- Horno flash Outokumpu
- Horno Teniente. [9]
Los procesos Contop, Inco, Mitsubishi y Outokumpu "se eliminaron principalmente debido a sus altos niveles de polvo, altos costos de capital y poca adaptabilidad a las instalaciones existentes". Se descartó el convertidor Teniente porque requería el uso del horno eléctrico para fundición parcial. El reactor de Noranda no fue seleccionado "por su alto desgaste refractario y su escasa adaptabilidad a la planta existente por el manejo de la escoria del reactor". [9] Se eligió ISASMELT como la tecnología preferida y se firmó un acuerdo de licencia con MIM en octubre de 1990. El factor principal en la decisión de seleccionar la tecnología ISASMELT fue la capacidad de adaptarla a la planta existente y maximizar el uso de la tecnología existente. equipos e infraestructura, mientras que se consideró que la principal desventaja eran los riesgos asociados con la ampliación de la tecnología de la planta de demostración de Mount Isa. [9]
El horno de cobre ISASMELT de Miami fue diseñado para tratar 590.000 t / a (650.000 toneladas cortas por año) de concentrado de cobre, una tasa de tratamiento que estaba limitada por la capacidad de la planta de ácido sulfúrico utilizada para capturar el dióxido de azufre de los gases residuales de la fundición. [9] El horno eléctrico existente se transformó de funciones de fundición a un horno de limpieza de escoria y proporcionó una capacidad de compensación mate para los convertidores. [9] El horno ISASMELT se puso en servicio el 11 de junio de 1992 y en 2002 trató más de 700 000 t / año de concentrado. [40] La modernización de la fundición de Miami costó aproximadamente 95 millones de dólares. [28]
En 1993, la empresa Cyprus Minerals Company se fusionó con AMAX para formar la empresa Cyprus Amax Minerals , que a su vez fue absorbida por Phelps Dodge Corporation a fines de 1999. Después de la adquisición, Phelps Dodge cerró sus fundiciones Hidalgo y Chino. [41] Freeport adquirió Phelps Dodge en 2006.
La fundición de Miami es una de las dos únicas fundiciones de cobre en funcionamiento que quedan en los Estados Unidos, donde había 16 en 1979. [42]
Mount Isa Mines Limited
La tercera planta comercial de cobre ISASMELT se instaló en la fundición de cobre Mount Isa de MIM a un costo de aproximadamente A $ 100 millones. [38] Fue diseñado para tratar 104 t / h de concentrado de cobre, conteniendo 180.000 t / a de cobre, y comenzó a operar en agosto de 1992. [38]
Una diferencia significativa entre la planta de cobre ISASMELT de Mount Isa y todas las demás es que utiliza una caldera de calor residual Ahlstrom Fluxflow [43] para recuperar el calor del gas residual del horno. Esta caldera usa un lecho fluido recirculante de partículas para apagar rápidamente el gas cuando sale del horno, y luego usa las propiedades mejoradas de transferencia de calor del contacto sólido-sólido para enfriar las partículas a medida que pasan por los tubos de la caldera que están suspendidos en un eje. sobre la cama. [38] La alta tasa de transferencia de calor significa que la caldera Fluxflow es relativamente compacta en comparación con las calderas de calor residual convencionales y el enfriamiento rápido de los gases residuales limita la formación de trióxido de azufre ("SO 3 "), que en presencia de agua se forma ácido sulfúrico que puede provocar la corrosión de superficies frías. [44]
En los primeros años de funcionamiento, la caldera Fluxflow fue la causa de un tiempo de inactividad significativo, debido a que la tasa de desgaste de los tubos de la caldera fue mucho mayor de lo esperado. [44] Los problemas se resolvieron entendiendo los flujos de gas dentro de la caldera rediseñando los tubos de la caldera para minimizar los efectos de la erosión. [44]
La vida útil de los ladrillos refractarios en el horno ISASMELT fue inicialmente más corta de lo esperado y se consideró brevemente un sistema de enfriamiento por agua para extenderlos; [44] sin embargo, esto no se instaló y las mejoras operativas han dado como resultado una extensión significativa de la vida útil del revestimiento sin este gasto de capital y operativo. [45] Desde 1998, la vida útil del revestimiento refractario ha superado la vida útil de diseño de dos años, [13] y la vida útil del octavo y noveno revestimiento casi llega a los tres años. [46] El revestimiento más reciente duró 50 meses, y el anterior duró 44 meses. [47]
En los primeros años de operación en Mount Isa, el rendimiento del horno ISASMELT se vio limitado por problemas con algunos de los equipos auxiliares de la planta, incluida la caldera, el sistema de granulación de escoria y los filtros de concentrado. [45] La limitación final fue la decisión durante su construcción de mantener en línea uno de los dos hornos de reverberación para aumentar la producción de la fundición de cobre a 265.000 t / año de cobre de ánodo. Los convertidores Peirce-Smith de la fundición se convirtieron en un cuello de botella y la velocidad de alimentación del horno ISASMELT tuvo que restringirse para permitir que se extrajera suficiente mate del horno de reverberación para evitar que se congelara. [3] El promedio móvil de 12 meses de ISASMELT de la tasa de alimentación se redujo apenas a 100 t / h durante gran parte de este período, sin alcanzar el promedio anual de diseño de 104 t / h. [45] MIM decidió cerrar el horno de reverberación en 1997, y la tasa de alimentación media de laminación de 12 meses de la planta ISASMELT superó rápidamente el diseño de 104 t / h cuando se eliminó esta restricción. [45]
El desempeño de la planta ISASMELT fue lo suficientemente alentador que MIM decidió expandir la tasa de tratamiento ISASMELT a 166 t / h agregando una segunda planta de oxígeno para permitir un mayor enriquecimiento del aire de la lanza. [45] Como resultado, a finales de 2001 había alcanzado una tasa máxima de 190 t / h de concentrado, y la fundición produjo un total anual máximo de 240 000 t de cobre de ánodo. [45] En ese momento, la fundición de cobre de Mount Isa, junto con su refinería de cobre en Townsville, estaba entre las fundiciones de cobre de menor costo del mundo.
La vida útil de la lanza suele ser de dos semanas, los cambios de la lanza demoran de 30 a 40 minutos y las reparaciones generalmente se limitan al reemplazo de las puntas de la lanza. [48]
En 2006, MIM puso en servicio un segundo horno de mantenimiento rotatorio que funciona en paralelo con el horno de mantenimiento existente. [49]
Sterlite Industries (India) Limited
Sterlite Industries ("Sterlite"), ahora una subsidiaria de Vedanta Resources plc ("Vedanta"), construyó una fundición de cobre en Tuticorin utilizando un horno ISASMELT y convertidores Peirce-Smith . La fundición se puso en servicio en 1996 [1] y se diseñó para producir 60.000 t / año de cobre (450.000 t / año de concentrado de cobre), [46] pero aumentando el contenido de oxígeno del aire de la lanza y realizando modificaciones en otros equipos, la velocidad de alimentación del horno ISASMELT se incrementó hasta el punto en que la fundición producía 180.000 t / año de cobre. [13]
Sterlite puso en servicio un nuevo horno ISASMELT en mayo de 2005 [49] que se diseñó para tratar 1,3 millones de toneladas anuales de concentrado de cobre [46] y la capacidad de producción de la fundición se amplió a 300.000 toneladas anuales de cobre. [13] La nueva planta alcanzó su capacidad de diseño, medida durante un período de tres meses, seis meses después de que comenzó a tratar su primer alimento. [49] El sitio web de Vedanta afirma que el nuevo horno ISASMELT se aceleró con éxito "en un período récord de 45 días". [50]
Desde entonces, Sterlite ha decidido expandir aún más su producción de cobre mediante la instalación de una tercera fundición ISASMELT y una nueva refinería que utiliza tecnología IsaKidd. [51] La nueva fundición tendrá una capacidad de diseño de 1,36 millones de toneladas anuales de concentrado de cobre (que contiene 400.000 toneladas anuales de cobre), procesado a través de un solo horno ISASMELT. [52]
Yunnan Copper Corporation Limited
En la década de 1990, el gobierno chino decidió aumentar la eficiencia de la economía china y reducir los efectos ambientales de la industria pesada mediante la modernización de las plantas. [10] Como respuesta, Yunnan Copper Corporation Limited ("YCC") mejoró su planta existente, que se basaba en una planta de sinterización y un horno eléctrico, con un horno ISASMELT de cobre. [10] Al igual que con la fundición de Miami, el horno eléctrico se convirtió de servicio de fundición a separación de mata y escoria y proporcionó capacidad de aumento de mate para los convertidores, y nuevamente, la pequeña huella del horno ISASMELT fue muy importante para adaptarlo al fundición existente. [10]
La planta de YCC ISASMELT tenía una capacidad de diseño de 600.000 t / año secas de concentrado de cobre y comenzó a fundir concentrado el 15 de mayo de 2002. [10] YCC puso mucho énfasis en capacitar a sus operadores, enviando personas a Mount Isa para capacitar a más de siete -período de un mes durante 2001 antes de la puesta en servicio de ISASMELT. [10] El costo total del programa de modernización de la fundición, incluido el horno ISASMELT, fue de 640 millones de yuanes (aproximadamente 80 millones de dólares EE.UU.) y la tasa de tratamiento del concentrado de la fundición aumentó de 470.000 t / aa 800.000 t / a como resultado. [53]
La transferencia del conocimiento operativo de MIM a YCC fue suficiente para que el primer revestimiento refractario del horno ISASMELT durara dos años, una mejora notable en la vida útil del revestimiento inicial de otras plantas. [53]
YCC describió el proyecto de modernización como "un gran éxito, logrando todo lo que se esperaba". [53] El consumo de energía por tonelada de cobre blister producido disminuyó en un 34% como resultado de la instalación del horno ISASMELT, y YCC calculó que durante los primeros 38 meses de funcionamiento, ahorró aproximadamente 31,4 millones de dólares EE.UU. gracias a la reducción de los costos de energía [53 ] dando a la modernización una amortización muy corta según los estándares de la industria.
En 2004, la gerencia de YCC recibió premios por Innovación en la Gestión de Proyectos y la Medalla Nacional de Proyectos de Alta Calidad por parte del gobierno chino para marcar el éxito del proyecto de modernización de la fundición. [53]
Posteriormente, Xstrata otorgó la licencia a YCC para construir tres plantas ISASMELT más, una en Chuxiong en la provincia de Yunnan, China para tratar 500.000 t / año de concentrado de cobre, una en Liangshan en la provincia de Sichuan, China [1] y la otra en Chambishi en Zambia para tratar 350.000 t / a de concentrado. [1] Chuxiong y Chambishi se encargaron en 2009. [1] Liangshan se encargó en 2012. [2]
Minas de cobre de Mopani plc
Mopani Copper Mines ("Mopani") formaba parte de Zambia Consolidated Copper Mines Limited hasta su privatización en 2000. Es propietaria de la fundición Mufulira, que operaba con un horno eléctrico con una capacidad nominal de 420.000 t / a de concentrado de cobre (180.000 t / a de cobre nuevo). [54] Mopani decidió instalar una planta ISASMELT de cobre que podría tratar 850.000 t / a de concentrado de cobre, incluido un horno de decantación de mates eléctrico especialmente diseñado para separar la mata ISASMELT y la escoria y también devolver la escoria de los convertidores Peirce-Smith de la fundición. [54]
Antes de comprometerse con la tecnología ISASMELT, Mopani consideró las siguientes opciones de proceso:
- un horno eléctrico
- un horno flash, que incluye uno que funciona directamente en blíster
- el proceso de fundición de Mitsubishi
- el convertidor Teniente
- el reactor de Noranda
- un horno Ausmelt
- un horno ISASMELT. [54]
Mopani consideró que los hornos eléctricos no habían sido probados a las velocidades de alimentación de concentrado propuestas, y la baja concentración de dióxido de azufre en el gas residual haría que su captura fuera muy costosa. [54] Se excluyeron los hornos flash y el proceso Mitsubishi porque:
- se consideraron demasiado complejos técnicamente para el entorno de Zambia
- no estaban bien adaptados para la modernización de la fundición de Mufulira
- tenían un alto costo de capital asociado a ellos. [54]
Mopani excluyó el convertidor Teniente y el reactor Noranda debido al pobre desempeño del convertidor Teniente en la otra fundición de Zambia que operaba en ese momento y debido a "los recursos técnicos relativamente inexpertos disponibles en ese momento". [54]
Mopani seleccionó la tecnología ISASMELT sobre la tecnología Ausmelt después de visitar plantas operativas en Australia, Estados Unidos de América y China. [54] El costo total del proyecto fue de 213 millones de dólares EE.UU. El primer pienso se fundió en septiembre de 2006. [55]
Corporación del Cobre del Sur de Perú
El Perú Copper Corporation Sur ( "SPCC") es una filial de la Copper Corporation Sur ( "CEC"), una de las compañías de cobre más grandes del mundo [56] y en la actualidad el 75,1% propiedad de Grupo México. Grupo México adquirió las acciones de SPCC cuando compró ASARCO en noviembre de 1999 [15]
En la década de 1990, SPCC buscaba modernizar su fundición en Ilo, en el sur de Perú, como parte del compromiso de 1997 con el gobierno peruano de capturar al menos el 91,7% del dióxido de azufre generado en sus operaciones de fundición para enero de 2007. [56] Inicialmente seleccionó tecnología de fundición flash para reemplazar sus hornos de reverberación, a un costo de casi mil millones de dólares; [15] sin embargo, una de las primeras acciones luego de la adquisición de ASARCO por parte de Grupo México fue revisar los planes propuestos de modernización de la fundición de Ilo. [15]
Se evaluaron seis tecnologías diferentes durante la revisión. Éstas eran:
- Fundición flash de Outokumpu
- el proceso de Mitsubishi
- el reactor de Noranda
- ISASMELT
- Ausmelt
- el convertidor Teniente. [56]
La tecnología ISASMELT fue seleccionada como resultado de la revisión, lo que resultó en una reducción en el costo de capital de casi el 50% y también fue la alternativa con los costos operativos más bajos. [15]
La planta se puso en servicio en febrero de 2007. [57] En junio de 2009, la planta tenía una tasa de alimentación promedio de 165,2 t / h de concentrado y 6,3 t / h de revertidos (materiales fríos que contienen cobre que surgen de derrames y acreciones en el ollas utilizadas para transportar mate u otros materiales fundidos). [52]
SPCC ha informado un costo de aproximadamente $ 600 millones para la modernización de la fundición. [58]
Kazzinc
Kazzinc seleccionó el proceso de cobre ISASMELT para su complejo metalúrgico Ust-Kamenogorsk . Está diseñado para tratar 290.000 t / a de concentrado de cobre [1] y se puso en servicio en 2011. [59] Un costo de capital proyectado para la fundición y refinería en 2006 fue de 178 millones de dólares EE.UU. [60]
Primeros minerales cuánticos
En el cuarto trimestre de 2011, la junta de First Quantum Minerals aprobó la construcción de una fundición con base en ISASMELT en Kansanshi en Zambia. [61] La fundición procesará 1,2 millones de toneladas anuales de concentrado de cobre para producir más de 300 000 toneladas anuales de cobre y 1,1 millones de toneladas anuales de ácido sulfúrico como subproducto. [61] Se espera que la construcción esté terminada a mediados de 2014, [62] y el costo de capital se estima en 650 millones de dólares EE.UU. [63] El costo operativo estimado se expresó en 69 dólares EE.UU. por tonelada de concentrado. [63]
Se estima que el proyecto de fundición de cobre de Kansanshi tiene un valor de entre 340 y 500 millones de dólares estadounidenses por año en costos reducidos de flete de concentrados, derechos de exportación y costos de ácido sulfúrico. [61]
Plantas comerciales ISASMELT de cobre secundario
Además del tratamiento de concentrados de cobre, también se han construido hornos ISASMELT para tratar materiales secundarios de cobre (chatarra).
Umicore NV
A principios de la década de 1990, el personal técnico de la entonces Unión Miniére trabajó con el personal de MIM Holdings para desarrollar un proceso basado en ISASMELT para tratar materiales de desecho y residuos que contienen cobre y plomo. [39] Union Miniére operaba una fundición en Hoboken , cerca de Amberes en Bélgica , que se especializaba en reciclar materiales no ferrosos de desecho. El programa de trabajo de prueba se llevó a cabo utilizando un banco de pruebas ISASMELT en la refinería líder de MIM Holdings, Britannia Refined Metals, en Northfleet en el Reino Unido . [39]
El personal de MIM Holdings diseñó una planta de demostración que se operó durante varios meses en el emplazamiento de la fundición de Hoboken. [64] La nueva fundición se puso en servicio en el último trimestre de 1997 [39] y en 2007 trataba hasta 300.000 t / año de materiales secundarios. [64] La instalación del horno ISASMELT sustituyó a una planta de tostado, una planta de sinterización, una de las dos plantas de ácido sulfúrico, un alto horno de cobre y cuatro convertidores Hoboken. [65] Redujo sustancialmente los costes operativos de la fundición de Hoboken. [49]
La planta de Umicore en Hoboken utiliza un proceso de dos pasos en un solo horno. El primer paso consiste en la oxidación de la alimentación para formar una mata de cobre y una escoria rica en plomo. A continuación, se sangra la escoria y la mata de cobre restante se convierte en cobre blíster. [64] La escoria rica en plomo se reduce posteriormente en un alto horno para producir plomo metálico, mientras que el cobre se refina y los metales preciosos contenidos se recuperan. [64]
Aurubis AG
La entonces fundición Hüttenwerke Kayser en Lünen en Alemania instaló una planta ISASMELT en 2002 para reemplazar tres altos hornos y un convertidor Peirce-Smith utilizado para fundir chatarra de cobre. [64] Posteriormente, la empresa fue comprada por Norddeutsche Affinerie AG , que a su vez se convirtió en Aurubis AG.
El proceso utilizado en la fundición de Lünen consiste en cargar el horno con residuos de cobre y chatarra que contienen entre 1 y 80% de cobre y luego fundirlo en un entorno reductor. Esto produce una "fase de cobre negro" y una escoria de sílice con bajo contenido de cobre. Inicialmente, el cobre negro se convirtió en cobre blister en el horno ISASMELT. [64] Sin embargo, en 2011 la fundición se amplió como parte del proyecto "KRS Plus". Ahora se utiliza un convertidor rotatorio de soplado superior para convertir el cobre negro y el horno ISASMELT funciona continuamente en modo de fundición. [66] [67]
La instalación del horno ISASMELT aumentó la recuperación general de cobre en la planta al reducir las pérdidas por escoria, redujo el número de hornos en operación, disminuyó el volumen de gas residual y disminuyó el consumo de energía en más del 50%. La capacidad de producción supera el diseño original en un 40%. [64]
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