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
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1. Tendencias en pirometalurgia del cobre al inicio del siglo XXI Carlos D?az Workshop Internacional de Tecnolog?a Convertidor Teniente Vi?a del Mar, Chile, 6-8 de Noviembre, 2006

2. Tecnolog?as modernas de fundici?n-conversi?n Pr?cticamente aut?genas Uso intensivo de ox?geno No contaminantes Alta productividad Continuas (algunas)

3. Fundici?n flash Fundici?n en ba?o Conversi?n

4. Hoy? Horno flash Outokumpu tiene capacidad para procesar sobre UN MILLON de toneladas de concentrado por a?o.

5. Avances en fundici?n flash Aumento progresivo del enriquecimiento de O2 del gas de reacci?n. Mejoras en el dise?o del quemador y en el sistema de alimentaci?n de s?lidos. Protecci?n por enfriamiento de la integridad del horno. Modelaci?n y control del proceso. Aumento del factor de operaci?n.

6. Ox?geno Aumento del enriquecimiento en ox?geno del gas de reacci?n: T?cnica simple y de bajo costo para aumentar substancialmente la capacidad de fundici?n de un horno flash.

7. Dise?o del Quemador Funci?n del quemador ? Mezclado uniforme de s?lidos y gas; r?pida ignici?n de las part?culas de concentrado; combusti?n eficiente de las mismas en la torre de reacci?n del horno. Aire+ox?geno - Cambio dr?stico de la raz?n s?lido/gas inyectada al horno

8. Programa de Sumitomo (Toyo) Objetivo: Aumento de capacidad del HF. T?cnica: Aumento progresivo de contenido de O2 del gas de reacci?n; modificaci?n del dise?o del quemador. Caracter?sticas: Objetivos industriales claros; programa a largo plazo; estrecha colaboraci?n entre investigadores y operadores. Metodolog?a: Modelo matem?tico-fenomenol?gico; mediciones en planta piloto; monitoreo de cambios en horno industrial.

9. Quemador Sumitomo La transparencia muestra las principales caracter?sticas del quemador Sumitomo en el presente. Cuenta con: ?Un mecanismo de control de velocidad de la mezcla aire-ox?geno, la que se ajusta para optimizar el mezclado s?lido-gas en el espacio anular de salida del quemador; ?Un quemador ox?geno-petr?leo inserto a lo largo del eje vertical del conducto de descarga de s?lidos, el que tiene la funci?n de acelerar la ignici?n de las part?culas de minerales sulfurados tan pronto ?stas entran a la torre de reacci?n del horno; ?Un cono de dispersi?n de la mezcla s?lido/gas, cuyo di?metro y ?ngulo se ajustan para promover una distribuci?n densa, uniforme y sim?trica de esta mezcla en torno al eje vertical de la torre de reacci?n, la coalescencia de part?culas reactantes y una eficiente combusti?n de estas part?culas antes de caer sobre la superficie del ba?o fundido. La transparencia muestra las principales caracter?sticas del quemador Sumitomo en el presente. Cuenta con: ?Un mecanismo de control de velocidad de la mezcla aire-ox?geno, la que se ajusta para optimizar el mezclado s?lido-gas en el espacio anular de salida del quemador; ?Un quemador ox?geno-petr?leo inserto a lo largo del eje vertical del conducto de descarga de s?lidos, el que tiene la funci?n de acelerar la ignici?n de las part?culas de minerales sulfurados tan pronto ?stas entran a la torre de reacci?n del horno; ?Un cono de dispersi?n de la mezcla s?lido/gas, cuyo di?metro y ?ngulo se ajustan para promover una distribuci?n densa, uniforme y sim?trica de esta mezcla en torno al eje vertical de la torre de reacci?n, la coalescencia de part?culas reactantes y una eficiente combusti?n de estas part?culas antes de caer sobre la superficie del ba?o fundido.

10. Fundici?n de Toyo

11. Plan de Expansi?n de Toyo Meta: 450.000 t de c?todos/a?o. Nueva tasa de fundici?n del HF: 4.000 t concentrado/d?a. HF reconstruido el a?o 2003. Quemador nuevamente modificado. Nuevo sistema de alimentaci?n. Tasa de fundici?n de concentrado de 3.600 t/d?a alcanzada en primer semestre del a?o 2006.

12. Un Nuevo Standard Toyo se ha incorporado al grupo de fundiciones que procesan m?s de UN MILLON de toneladas de concentrado por a?o en un solo horno flash. Nueva meta ? Aumento de intensidad de procesos de fundici?n.

13. Intensidad de Fundici?n del HF Una manera simple de visualizar este aumento de intensidad a lo largo del tiempo es haciendo uso del ?ndice de intensidad de proceso que para el HF se define como Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de espacio de reacci?n, torre de reacci?n en el caso del HF. Los datos en la tabla corresponden: primero a la intensidad de fundici?n promedio de cuatro hornos operando con aire precalentado, t?pica de la d?cada de los 60 y primera mitad de los 70; luego a la de cuatro hornos operando con gas de reacci?n con 35-50 vol% O2, segunda mitad de los 70 y d?cada de los 80; y finalmente al horno de Toyo fundiendo poco m?s de 4000 t de concentrado por d?a con gas de reacci?n con 73 vol% de O2. La intensidad de operaci?n del HF se ha m?s que triplicado desde su comercializaci?n. ? Una manera simple de visualizar este aumento de intensidad a lo largo del tiempo es haciendo uso del ?ndice de intensidad de proceso que para el HF se define como Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de espacio de reacci?n, torre de reacci?n en el caso del HF. Los datos en la tabla corresponden: primero a la intensidad de fundici?n promedio de cuatro hornos operando con aire precalentado, t?pica de la d?cada de los 60 y primera mitad de los 70; luego a la de cuatro hornos operando con gas de reacci?n con 35-50 vol% O2, segunda mitad de los 70 y d?cada de los 80; y finalmente al horno de Toyo fundiendo poco m?s de 4000 t de concentrado por d?a con gas de reacci?n con 73 vol% de O2. La intensidad de operaci?n del HF se ha m?s que triplicado desde su comercializaci?n. ?

14. Fundici?n en Ba?o Inyecci?n por toberas ? Reactor Noranda, Convertidor Teniente, Reactor Altonorte Inyecci?n por lanzas ? Horno Mitsubishi, Isasmelt, Ausmelt

15. Inyecci?n por Toberas La tabla presenta los valores de ?intensidad? del CT y de los reactores Noranda y Altonorte en t?rminos de Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de ba?o, de mata y de reactor en las condiciones presentes de operaci?n. Los datos usados para el c?lculo fueron proporcionados por la Divisi?n Teniente y por Xstrata (ex Falconbridge-Noranda) respectivamente. Los vol?menes de ba?o y de mata corresponden a promedios de operaci?n para los tres reactores. En los tres casos, se us? una eficiencia de O2 de 95%. Los valores dados entre par?ntesis corresponden a los ?ndices de intensidad ba?o 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 tambi?n el ?ndice de intensidad de mata de cada horno, porque en verdad es la masa de mata la que provee el volumen ?til de reacci?n para el gas inyectado. Comentarios: En el caso del CT, la similitud entre los valores de los ?ndices de intensidad para el ba?o y para el reactor calculados en 1992 y en el presente indica que la intensidad de fundici?n en el CT no ha variado a lo largo de este periodo. Los ?ndices presentes para el Reactor Noranda son m?s bajos que los calculados en 1992, a?o en que la tasa de soplado de este reactor era m?s alta. El bajo ?ndice de intensidad del ba?o 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 est? a?n por debajo de la de dise?o (69.400 Nm3/h). Sin embargo, a la tasa de soplado de dise?o, los ?ndices de intensidad de este reactor son siempre m?s bajos que los del Noranda. ? Los ?ndices de la tabla reflejan condiciones presentes de operaci?n para los tres reactores. Son ?tiles en el estudio de opciones para aumentar la intensidad de fundici?n de cualquiera de ellos. ? La tabla presenta los valores de ?intensidad? del CT y de los reactores Noranda y Altonorte en t?rminos de Nm3 de O2 consumidos por hora por m3 de ba?o, de mata y de reactor en las condiciones presentes de operaci?n. Los datos usados para el c?lculo fueron proporcionados por la Divisi?n Teniente y por Xstrata (ex Falconbridge-Noranda) respectivamente. Los vol?menes de ba?o y de mata corresponden a promedios de operaci?n para los tres reactores. En los tres casos, se us? una eficiencia de O2 de 95%. Los valores dados entre par?ntesis corresponden a los ?ndices de intensidad ba?o 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 tambi?n el ?ndice de intensidad de mata de cada horno, porque en verdad es la masa de mata la que provee el volumen ?til de reacci?n para el gas inyectado. Comentarios: En el caso del CT, la similitud entre los valores de los ?ndices de intensidad para el ba?o y para el reactor calculados en 1992 y en el presente indica que la intensidad de fundici?n en el CT no ha variado a lo largo de este periodo. Los ?ndices presentes para el Reactor Noranda son m?s bajos que los calculados en 1992, a?o en que la tasa de soplado de este reactor era m?s alta. El bajo ?ndice de intensidad del ba?o 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 est? a?n por debajo de la de dise?o (69.400 Nm3/h). Sin embargo, a la tasa de soplado de dise?o, los ?ndices de intensidad de este reactor son siempre m?s bajos que los del Noranda. ? Los ?ndices de la tabla reflejan condiciones presentes de operaci?n para los tres reactores. Son ?tiles en el estudio de opciones para aumentar la intensidad de fundici?n de cualquiera de ellos. ?

16. Proceso Mitsubishi Aumentos de producci?n en Onsan y Gresik ? Capacidad anual de procesamiento de concentrados cerca de un mill?n de toneladas en un s?lo horno de fundici?n. Capacidad del horno ampliada, aumentando el enriquecimiento de O2 del aire de reacci?n, el n?mero y di?metro de lanzas de inyecci?n 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. R?pido aumento de capacidad de fundici?n del horno, alcanzando el mill?n de toneladas por a?o en corto tiempo. Ilo ? Quinta fundici?n que adopta Isasmelt.

18. ?Los avances en control del proceso, logrados en m?s de 13 a?os de operaci?n 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 s?lo puede lograrse a lo largo de a?os de trabajo en planta.? Cita de un trabajo publicado por Isasmelt que explica la t?cnica usada por esta empresa para desarrollar tecnolog?a. (Simposio ?Sulphide Smelting?, TMS, San Diego, 2006)Cita de un trabajo publicado por Isasmelt que explica la t?cnica usada por esta empresa para desarrollar tecnolog?a. (Simposio ?Sulphide Smelting?, TMS, San Diego, 2006)

19. Conversi?n Continua Se conduce a temperatura y presi?n parcial de ox?geno constantes. Las tasas de alimentaci?n de reactantes al convertidor y la tasa de evacuaci?n del gas de conversi?n son constantes, como tambi?n lo es la composici?n de este gas En todo momento, el ba?o fundido presente en el convertidor consiste s?lo de productos finales, cuyas composiciones son tambi?n constantes

20. Dos posibles productos Semiblister - Operaci?n con tres fases condensadas (semiblister, MB y escoria). La pO2 es fija, 10-6 - 10-7 atm. Compatible con escoria fayal?tica Blister (0.2-0.8% S) - Operaci?n 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 v?a lanzas sobre la superficie del ba?o; produce blister. Kennecott OKO (1996) - Conversi?n flash; produce blister. Noranda (1997) - Mezcla aire/O2 inyectada v?a toberas en el ba?o; produce semiblister.

22. Comparaci?n de Convertidores Continuos La tabla presenta las caracter?sticas principales de los tres convertidores comerciales: ?Dos de ellos, el Noranda y el Mitsubishi, se alimentan con mata l?quida, pero s?lo el Mitsubishi es alimentado continuamente. ?El convertidor flash es el que hasta la fecha ha probado tener m?s alta capacidad. ?El factor de operaci?n para el convertidor Mitsubishi corresponde al de la l?nea entera de producci?n 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 m?s bajo contenido de S. ?El reciclado de ?nodos gastados y de chatarra de cobre es s?lo posible en hornos que practican conversi?n continua en ba?o. ?La generaci?n de polvo en el convertidor flash es substancialmente m?s alta. Dado que este convertidor se alimenta con mata granulada puede operar independientemente del HF. ?El convertidor flash es el que tiene tambi?n campa?as m?s largas. La tabla presenta las caracter?sticas principales de los tres convertidores comerciales: ?Dos de ellos, el Noranda y el Mitsubishi, se alimentan con mata l?quida, pero s?lo el Mitsubishi es alimentado continuamente. ?El convertidor flash es el que hasta la fecha ha probado tener m?s alta capacidad. ?El factor de operaci?n para el convertidor Mitsubishi corresponde al de la l?nea entera de producci?n 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 m?s bajo contenido de S. ?El reciclado de ?nodos gastados y de chatarra de cobre es s?lo posible en hornos que practican conversi?n continua en ba?o. ?La generaci?n de polvo en el convertidor flash es substancialmente m?s alta. Dado que este convertidor se alimenta con mata granulada puede operar independientemente del HF. ?El convertidor flash es el que tiene tambi?n campa?as m?s 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 retenci?n de semiblister y de eliminaci?n de S. Gas del convertidor va a planta de ?cido.

24. NCV: Ciclo de Reparaci?n

25. Comentarios: NCV Es f?cilmente adaptable; opera con escoria fayal?tica. No satisface plenamente la definici?n de proceso continuo. Requiere riguroso control de los niveles de interfases. Requiere frecuentes reparaciones de refractarios. El proceso de conversi?n continua Noranda es f?cilmente adaptable en cualquier fundici?n que opere con convertidores PS. Usa fundente sil?ceo. Pero no satisface plenamente la definici?n de proceso continuo. En efecto, cada vez que se agrega una taza de mata l?quida al convertidor, hay un cambio en la composici?n del metal blanco. Durante un periodo, por breve que ?ste sea, la reacci?n principal de conversi?n es oxidaci?n de FeS. Requiere control riguroso de los niveles de interfases SB/MB y MB/escoria para evitar el soplado a trav?s de SB o escoria, la posible contaminaci?n del SB con MB durante sangr?as y el posible arrastre de MB por la escoria. El proceso de conversi?n continua Noranda es f?cilmente adaptable en cualquier fundici?n que opere con convertidores PS. Usa fundente sil?ceo. Pero no satisface plenamente la definici?n de proceso continuo. En efecto, cada vez que se agrega una taza de mata l?quida al convertidor, hay un cambio en la composici?n del metal blanco. Durante un periodo, por breve que ?ste sea, la reacci?n principal de conversi?n es oxidaci?n de FeS. Requiere control riguroso de los niveles de interfases SB/MB y MB/escoria para evitar el soplado a trav?s de SB o escoria, la posible contaminaci?n del SB con MB durante sangr?as y el posible arrastre de MB por la escoria.

26. Ausmelt (C3) Alimentaci?n - 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. Comercializaci?n ? Segundo semestre 2007. Los datos est?n basados en 3 a?os de campa?as en un horno piloto de 0,5m de di?metro. Al igual que el convertidor flash, el Ausmelt opera con mata s?lida, de modo que el horno de fusi?n 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 ?oliv?nica? que utiliza es m?s viscosa que la escoria ferr?tica, pero esto no causa problema en un sistema con agitaci?n intensa. Al igual que en los procesos Mitsubishi y flash, el contenido de S residual en el cobre blister es funci?n de la presi?n parcial de oxigeno con que se opera, la que a su vez afecta el contenido de Cu de la escoria. Opera con gas de reacci?n 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 di?metro y 10m de altura, tendr?a capacidad similar o m?s alta que la capacidad probada del convertidor flash de la fundici?n de Utah.. Se espera que la puesta en marcha del primer horno Ausmelt C3 industrial ocurra en el segundo semestre del 2007. Los datos est?n basados en 3 a?os de campa?as en un horno piloto de 0,5m de di?metro. Al igual que el convertidor flash, el Ausmelt opera con mata s?lida, de modo que el horno de fusi?n 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 ?oliv?nica? que utiliza es m?s viscosa que la escoria ferr?tica, pero esto no causa problema en un sistema con agitaci?n intensa. Al igual que en los procesos Mitsubishi y flash, el contenido de S residual en el cobre blister es funci?n de la presi?n parcial de oxigeno con que se opera, la que a su vez afecta el contenido de Cu de la escoria. Opera con gas de reacci?n 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 di?metro y 10m de altura, tendr?a capacidad similar o m?s alta que la capacidad probada del convertidor flash de la fundici?n 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 m?s estable y con m?s alto contenido de SO2. Buena captaci?n de emisiones fugitivas -Fundiciones con convertidores PS emiten <0,1% del S en la materia prima. Mayor n?mero de cargas tratadas entre reparaciones en fr?o. Costo de capital del reemplazo del convertidor PS.

28. Fundici?n Nuevo standard ? Un mill?n de toneladas de concentrado por a?o por horno. Tecnolog?a en expansi?n ? TSL (Isasmelt y Ausmelt). Futuro de inyecci?n por toberas ? Tecnolog?a Teniente.

29. Conversi?n Conversi?n Continua Tecnolog?as probadas y otras en desarrollo. Desaf?o ? Convertidor capaz de tratar mata generada por m?s de un mill?n de toneladas de concentrado. Convertidor PS ? Parte de la cadena de producci?n de blister en el futuro previsible.

30. I & D Estrategia Cooperaci?n investigadores-operadores Ingenier?a de procesos estable en planta Herramientas Experimentaci?n (laboratorio, planta piloto) Modelaci?n matem?tica Modelaci?n f?sica Mediciones en plantas piloto e industrial


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