Tendencias en pirometalurgia del cobre al inicio del siglo XXI

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Tecnolog?as modernas de fundici?n-conversi?n. Pr?cticamente aut?genasUso intensivo de ox?genoNo contaminantesAlta productividad Continuas (algunas). Fundici?n flash Fundici?n en ba?o Conversi?n . Hoy? Horno flash Outokumpu tiene capacidad para procesar sobre UN MILLON de toneladas de concentr - PowerPoint PPT Presentation

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Presentation Transcript


1. Tendencias en pirometalurgia del cobre al inicio del siglo XXI Carlos Díaz Workshop Internacional de Tecnología Convertidor Teniente Viña del Mar, Chile, 6-8 de Noviembre, 2006

2. Tecnologías modernas de fundición-conversión Prácticamente autógenas Uso intensivo de oxígeno No contaminantes Alta productividad Continuas (algunas)

3. Fundición flash Fundición en baño Conversión

4. Hoy… Horno flash Outokumpu tiene capacidad para procesar sobre UN MILLON de toneladas de concentrado por año.

5. Avances en fundición flash Aumento progresivo del enriquecimiento de O2 del gas de reacción. Mejoras en el diseño del quemador y en el sistema de alimentación de sólidos. Protección por enfriamiento de la integridad del horno. Modelación y control del proceso. Aumento del factor de operación.

6. Oxígeno Aumento del enriquecimiento en oxígeno del gas de reacción: Técnica simple y de bajo costo para aumentar substancialmente la capacidad de fundición de un horno flash.

7. Diseño del Quemador Función del quemador – Mezclado uniforme de sólidos y gas; rápida ignición de las partículas de concentrado; combustión eficiente de las mismas en la torre de reacción del horno. Aire+oxígeno - Cambio drástico de la razón sólido/gas inyectada al horno

8. Programa de Sumitomo (Toyo) Objetivo: Aumento de capacidad del HF. Técnica: Aumento progresivo de contenido de O2 del gas de reacción; modificación del diseño del quemador. Características: Objetivos industriales claros; programa a largo plazo; estrecha colaboración entre investigadores y operadores. Metodología: Modelo matemático-fenomenológico; mediciones en planta piloto; monitoreo de cambios en horno industrial.

9. Quemador Sumitomo La transparencia muestra las principales características del quemador Sumitomo en el presente. Cuenta con: •Un mecanismo de control de velocidad de la mezcla aire-oxígeno, la que se ajusta para optimizar el mezclado sólido-gas en el espacio anular de salida del quemador; •Un quemador oxígeno-petróleo inserto a lo largo del eje vertical del conducto de descarga de sólidos, el que tiene la función de acelerar la ignición de las partículas de minerales sulfurados tan pronto éstas entran a la torre de reacción del horno; •Un cono de dispersión de la mezcla sólido/gas, cuyo diámetro y ángulo se ajustan para promover una distribución densa, uniforme y simétrica de esta mezcla en torno al eje vertical de la torre de reacción, la coalescencia de partículas reactantes y una eficiente combustión de estas partículas antes de caer sobre la superficie del baño fundido. La transparencia muestra las principales características del quemador Sumitomo en el presente. Cuenta con: •Un mecanismo de control de velocidad de la mezcla aire-oxígeno, la que se ajusta para optimizar el mezclado sólido-gas en el espacio anular de salida del quemador; •Un quemador oxígeno-petróleo inserto a lo largo del eje vertical del conducto de descarga de sólidos, el que tiene la función de acelerar la ignición de las partículas de minerales sulfurados tan pronto éstas entran a la torre de reacción del horno; •Un cono de dispersión de la mezcla sólido/gas, cuyo diámetro y ángulo se ajustan para promover una distribución densa, uniforme y simétrica de esta mezcla en torno al eje vertical de la torre de reacción, la coalescencia de partículas reactantes y una eficiente combustión de estas partículas antes de caer sobre la superficie del baño fundido.

10. Fundición de Toyo

11. Plan de Expansión de Toyo Meta: 450.000 t de cátodos/año. Nueva tasa de fundición del HF: 4.000 t concentrado/día. HF reconstruido el año 2003. Quemador nuevamente modificado. Nuevo sistema de alimentación. Tasa de fundición de concentrado de 3.600 t/día alcanzada en primer semestre del año 2006.

12. Un Nuevo Standard Toyo se ha incorporado al grupo de fundiciones que procesan más de UN MILLON de toneladas de concentrado por año en un solo horno flash. Nueva meta – Aumento de intensidad de procesos de fundición.

13. Intensidad de Fundición del HF Una manera simple de visualizar este aumento de intensidad a lo largo del tiempo es haciendo uso del índice de intensidad de proceso que para el HF se define como Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de espacio de reacción, torre de reacción en el caso del HF. Los datos en la tabla corresponden: primero a la intensidad de fundición promedio de cuatro hornos operando con aire precalentado, típica de la década de los 60 y primera mitad de los 70; luego a la de cuatro hornos operando con gas de reacción con 35-50 vol% O2, segunda mitad de los 70 y década de los 80; y finalmente al horno de Toyo fundiendo poco más de 4000 t de concentrado por día con gas de reacción con 73 vol% de O2. La intensidad de operación del HF se ha más que triplicado desde su comercialización.   Una manera simple de visualizar este aumento de intensidad a lo largo del tiempo es haciendo uso del índice de intensidad de proceso que para el HF se define como Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de espacio de reacción, torre de reacción en el caso del HF. Los datos en la tabla corresponden: primero a la intensidad de fundición promedio de cuatro hornos operando con aire precalentado, típica de la década de los 60 y primera mitad de los 70; luego a la de cuatro hornos operando con gas de reacción con 35-50 vol% O2, segunda mitad de los 70 y década de los 80; y finalmente al horno de Toyo fundiendo poco más de 4000 t de concentrado por día con gas de reacción con 73 vol% de O2. La intensidad de operación del HF se ha más que triplicado desde su comercialización.  

14. Fundición en Baño Inyección por toberas – Reactor Noranda, Convertidor Teniente, Reactor Altonorte Inyección por lanzas – Horno Mitsubishi, Isasmelt, Ausmelt

15. Inyección por Toberas La tabla presenta los valores de “intensidad” del CT y de los reactores Noranda y Altonorte en términos de Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de baño, de mata y de reactor en las condiciones presentes de operación. Los datos usados para el cálculo fueron proporcionados por la División Teniente y por Xstrata (ex Falconbridge-Noranda) respectivamente. Los volúmenes de baño y de mata corresponden a promedios de operación para los tres reactores. En los tres casos, se usó una eficiencia de O2 de 95%. Los valores dados entre paréntesis corresponden a los índices de intensidad baño y reactor para el CT y el RN calculados en 1992 por Herb Kellogg y quien habla (Simposio Savard/Lee). En este trabajo se inlcuye también el índice de intensidad de mata de cada horno, porque en verdad es la masa de mata la que provee el volumen útil de reacción para el gas inyectado. Comentarios: En el caso del CT, la similitud entre los valores de los índices de intensidad para el baño y para el reactor calculados en 1992 y en el presente indica que la intensidad de fundición en el CT no ha variado a lo largo de este periodo. Los índices presentes para el Reactor Noranda son más bajos que los calculados en 1992, año en que la tasa de soplado de este reactor era más alta. El bajo índice de intensidad del baño del CT se debe en gran medida al mayor espesor de la capa de escoria con que aparentemente opera. La tasa de soplado del Reactor Altonorte está aún por debajo de la de diseño (69.400 Nm3/h). Sin embargo, a la tasa de soplado de diseño, los índices de intensidad de este reactor son siempre más bajos que los del Noranda.   Los índices de la tabla reflejan condiciones presentes de operación para los tres reactores. Son útiles en el estudio de opciones para aumentar la intensidad de fundición de cualquiera de ellos.   La tabla presenta los valores de “intensidad” del CT y de los reactores Noranda y Altonorte en términos de Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de baño, de mata y de reactor en las condiciones presentes de operación. Los datos usados para el cálculo fueron proporcionados por la División Teniente y por Xstrata (ex Falconbridge-Noranda) respectivamente. Los volúmenes de baño y de mata corresponden a promedios de operación para los tres reactores. En los tres casos, se usó una eficiencia de O2 de 95%. Los valores dados entre paréntesis corresponden a los índices de intensidad baño y reactor para el CT y el RN calculados en 1992 por Herb Kellogg y quien habla (Simposio Savard/Lee). En este trabajo se inlcuye también el índice de intensidad de mata de cada horno, porque en verdad es la masa de mata la que provee el volumen útil de reacción para el gas inyectado. Comentarios: En el caso del CT, la similitud entre los valores de los índices de intensidad para el baño y para el reactor calculados en 1992 y en el presente indica que la intensidad de fundición en el CT no ha variado a lo largo de este periodo. Los índices presentes para el Reactor Noranda son más bajos que los calculados en 1992, año en que la tasa de soplado de este reactor era más alta. El bajo índice de intensidad del baño del CT se debe en gran medida al mayor espesor de la capa de escoria con que aparentemente opera. La tasa de soplado del Reactor Altonorte está aún por debajo de la de diseño (69.400 Nm3/h). Sin embargo, a la tasa de soplado de diseño, los índices de intensidad de este reactor son siempre más bajos que los del Noranda.   Los índices de la tabla reflejan condiciones presentes de operación para los tres reactores. Son útiles en el estudio de opciones para aumentar la intensidad de fundición de cualquiera de ellos.  

16. Proceso Mitsubishi Aumentos de producción en Onsan y Gresik – Capacidad anual de procesamiento de concentrados cerca de un millón de toneladas en un sólo horno de fundición. Capacidad del horno ampliada, aumentando el enriquecimiento de O2 del aire de reacción, el número y diámetro de lanzas de inyección y mejorando el enfriamiento de la estructura refractaria del horno.

17. TSL – Isasmelt, Ausmelt TSL - Alta intensidad; flexible; opera dentro de amplios rangos de temperatura y pO2. Isasmelt Comercializada en 1992. Rápido aumento de capacidad de fundición del horno, alcanzando el millón de toneladas por año en corto tiempo. Ilo – Quinta fundición que adopta Isasmelt.

18. “Los avances en control del proceso, logrados en más de 13 años de operación en Mount Isa, han culminado con el desarrollo de un sistema que, entre otras metas, ha permitido minimizar el desgaste de refractarios. Este tipo de desarrollo sólo puede lograrse a lo largo de años de trabajo en planta.” Cita de un trabajo publicado por Isasmelt que explica la técnica usada por esta empresa para desarrollar tecnología. (Simposio “Sulphide Smelting”, TMS, San Diego, 2006)Cita de un trabajo publicado por Isasmelt que explica la técnica usada por esta empresa para desarrollar tecnología. (Simposio “Sulphide Smelting”, TMS, San Diego, 2006)

19. Conversión Continua Se conduce a temperatura y presión parcial de oxígeno constantes. Las tasas de alimentación de reactantes al convertidor y la tasa de evacuación del gas de conversión son constantes, como también lo es la composición de este gas En todo momento, el baño fundido presente en el convertidor consiste sólo de productos finales, cuyas composiciones son también constantes

20. Dos posibles productos Semiblister - Operación con tres fases condensadas (semiblister, MB y escoria). La pO2 es fija, 10-6 - 10-7 atm. Compatible con escoria fayalítica Blister (0.2-0.8% S) - Operación con dos fases condensadas (cobre blister y escoria). La pO2 es variable, 10-5 a 10-6. Requiere otro tipo de escoria.

21. Tres procesos industriales Mitsubishi (1974) - Mezcla aire/O2 inyectada vía lanzas sobre la superficie del baño; produce blister. Kennecott OKO (1996) - Conversión flash; produce blister. Noranda (1997) - Mezcla aire/O2 inyectada vía toberas en el baño; produce semiblister.

22. Comparación de Convertidores Continuos La tabla presenta las características principales de los tres convertidores comerciales: •Dos de ellos, el Noranda y el Mitsubishi, se alimentan con mata líquida, pero sólo el Mitsubishi es alimentado continuamente. •El convertidor flash es el que hasta la fecha ha probado tener más alta capacidad. •El factor de operación para el convertidor Mitsubishi corresponde al de la línea entera de producción continua de cobre, la que comprende tres hornos. •Aunque tanto el convertidor Mitsubishi como el convertidor flash producen semiblister, es el convertidor flash el que produce semiblister con más bajo contenido de S. •El reciclado de ánodos gastados y de chatarra de cobre es sólo posible en hornos que practican conversión continua en baño. •La generación de polvo en el convertidor flash es substancialmente más alta. Dado que este convertidor se alimenta con mata granulada puede operar independientemente del HF. •El convertidor flash es el que tiene también campañas más largas. La tabla presenta las características principales de los tres convertidores comerciales: •Dos de ellos, el Noranda y el Mitsubishi, se alimentan con mata líquida, pero sólo el Mitsubishi es alimentado continuamente. •El convertidor flash es el que hasta la fecha ha probado tener más alta capacidad. •El factor de operación para el convertidor Mitsubishi corresponde al de la línea entera de producción continua de cobre, la que comprende tres hornos. •Aunque tanto el convertidor Mitsubishi como el convertidor flash producen semiblister, es el convertidor flash el que produce semiblister con más bajo contenido de S. •El reciclado de ánodos gastados y de chatarra de cobre es sólo posible en hornos que practican conversión continua en baño. •La generación de polvo en el convertidor flash es substancialmente más alta. Dado que este convertidor se alimenta con mata granulada puede operar independientemente del HF. •El convertidor flash es el que tiene también campañas más largas.

23. Convertidor Noranda (NCV) Tiempo soplando entre reparaciones - 85%. Toda la mata del reactor Noranda es procesada en el convertidor continuo. Convertidores PS sirven como hornos de retención de semiblister y de eliminación de S. Gas del convertidor va a planta de ácido.

24. NCV: Ciclo de Reparación

25. Comentarios: NCV Es fácilmente adaptable; opera con escoria fayalítica. No satisface plenamente la definición de proceso continuo. Requiere riguroso control de los niveles de interfases. Requiere frecuentes reparaciones de refractarios. El proceso de conversión continua Noranda es fácilmente adaptable en cualquier fundición que opere con convertidores PS. Usa fundente silíceo. Pero no satisface plenamente la definición de proceso continuo. En efecto, cada vez que se agrega una taza de mata líquida al convertidor, hay un cambio en la composición del metal blanco. Durante un periodo, por breve que éste sea, la reacción principal de conversión es oxidación de FeS. Requiere control riguroso de los niveles de interfases SB/MB y MB/escoria para evitar el soplado a través de SB o escoria, la posible contaminación del SB con MB durante sangrías y el posible arrastre de MB por la escoria. El proceso de conversión continua Noranda es fácilmente adaptable en cualquier fundición que opere con convertidores PS. Usa fundente silíceo. Pero no satisface plenamente la definición de proceso continuo. En efecto, cada vez que se agrega una taza de mata líquida al convertidor, hay un cambio en la composición del metal blanco. Durante un periodo, por breve que éste sea, la reacción principal de conversión es oxidación de FeS. Requiere control riguroso de los niveles de interfases SB/MB y MB/escoria para evitar el soplado a través de SB o escoria, la posible contaminación del SB con MB durante sangrías y el posible arrastre de MB por la escoria.

26. Ausmelt (C3) Alimentación - Mata granulada 55-70% Cu Escoria - SiO2-FeOx-CaO (5-20%)-Cu2O Blister - 0,2-0,8% S (%Cuesc 10-25%) Gas oxidante - 30-35 vol% O2 Gas de salida - 20-25 vol% SO2 Capacidad proyectada - Similar a la del convertidor flash. Comercialización – Segundo semestre 2007. Los datos están basados en 3 años de campañas en un horno piloto de 0,5m de diámetro. Al igual que el convertidor flash, el Ausmelt opera con mata sólida, de modo que el horno de fusión primaria y el convertidor pueden operar independientemente el uno del otro. Pero la mata alimentada al convertidor Ausmelt no reuiere molienda y secado. La escoria “olivínica” que utiliza es más viscosa que la escoria ferrítica, pero esto no causa problema en un sistema con agitación intensa. Al igual que en los procesos Mitsubishi y flash, el contenido de S residual en el cobre blister es función de la presión parcial de oxigeno con que se opera, la que a su vez afecta el contenido de Cu de la escoria. Opera con gas de reacción con 30-35 vol% de O2 y el gas de proceso contiene 20-25 vol% de SO2. La capacidad de procesamiento de mata estimada indica que un horno Ausmelt C3, con 5m de diámetro y 10m de altura, tendría capacidad similar o más alta que la capacidad probada del convertidor flash de la fundición de Utah.. Se espera que la puesta en marcha del primer horno Ausmelt C3 industrial ocurra en el segundo semestre del 2007. Los datos están basados en 3 años de campañas en un horno piloto de 0,5m de diámetro. Al igual que el convertidor flash, el Ausmelt opera con mata sólida, de modo que el horno de fusión primaria y el convertidor pueden operar independientemente el uno del otro. Pero la mata alimentada al convertidor Ausmelt no reuiere molienda y secado. La escoria “olivínica” que utiliza es más viscosa que la escoria ferrítica, pero esto no causa problema en un sistema con agitación intensa. Al igual que en los procesos Mitsubishi y flash, el contenido de S residual en el cobre blister es función de la presión parcial de oxigeno con que se opera, la que a su vez afecta el contenido de Cu de la escoria. Opera con gas de reacción con 30-35 vol% de O2 y el gas de proceso contiene 20-25 vol% de SO2. La capacidad de procesamiento de mata estimada indica que un horno Ausmelt C3, con 5m de diámetro y 10m de altura, tendría capacidad similar o más alta que la capacidad probada del convertidor flash de la fundición de Utah.. Se espera que la puesta en marcha del primer horno Ausmelt C3 industrial ocurra en el segundo semestre del 2007.

27. Convertidor PS? Intenso, flexible (procesa materiales secundarios). Alrededor del 85% del cobre blister producido en convertidores PS/Hoboken. Flujo de gas de proceso más estable y con más alto contenido de SO2. Buena captación de emisiones fugitivas -Fundiciones con convertidores PS emiten <0,1% del S en la materia prima. Mayor número de cargas tratadas entre reparaciones en frío. Costo de capital del reemplazo del convertidor PS.

28. Fundición Nuevo standard – Un millón de toneladas de concentrado por año por horno. Tecnología en expansión – TSL (Isasmelt y Ausmelt). Futuro de inyección por toberas – Tecnología Teniente.

29. Conversión Conversión Continua Tecnologías probadas y otras en desarrollo. Desafío – Convertidor capaz de tratar mata generada por más de un millón de toneladas de concentrado. Convertidor PS – Parte de la cadena de producción de blister en el futuro previsible.

30. I & D Estrategia Cooperación investigadores-operadores Ingeniería de procesos estable en planta Herramientas Experimentación (laboratorio, planta piloto) Modelación matemática Modelación física Mediciones en plantas piloto e industrial

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