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Fusión Flash. Fusión Flash OK Fusión Flash INCO. Fusión Flash Outokumpu. FSF ampliamente adoptado desde 1970 (30 hornos aprox.) Usa, Japón Se sopla aire-O 2 , concentrado seco + fundente SiO 2 en un crisol a 1250ºC Dentro de horno caliente partículas reaccionan “rápidamente” con O 2

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Presentation Transcript
fusi n flash

Fusión Flash

Fusión Flash OK

Fusión Flash INCO

fusi n flash outokumpu
Fusión Flash Outokumpu
  • FSF ampliamente adoptado desde 1970 (30 hornos aprox.) Usa, Japón
  • Se sopla aire-O2, concentrado seco + fundente SiO2 en un crisol a 1250ºC
  • Dentro de horno caliente partículas reaccionan “rápidamente” con O2
  • Se controla cuidadosamente oxidación de Fe y S del concentrado
  • Existe un gran generación de calor
  • Se funden los sólidos
  • Proceso de “fusión” continuo
  • Al usar $ O2 se hace auto térmico
  • Proceso adecuado para partículas de concentrado de 50 μm
productos fsf outokumpu
Productos FSF Outokumpu
  • Mata fundida de 60% Cu
  • Escoria hierro-silicato con 1.2% Cu
  • Gases con polvos arrastrados 10-70% SO2
  • Mata se envía a conversión para oxidación Cu
  • Escoria se envía a ttmiento para recuperar Cu
  • Gases van a ttmiento SO2 (H2SO4)
  • Las metas de FSF OK son producir
  • Composición, Tº de mata constante  CPS
  • Escoria que va a tratamiento para obtener una escoria descartable
  • Gases ricos en SO2 H2SO4 eficientemente
  • Realizar 1, 2 y 3 rápidamente y con eficiencia energética
dise o
Diseño
  • 24 [m] L  7 ½ [m] W  2 [m] H (1988)
  • Torre de Reacción de 6 [m] D  7 [m] H
  • Up take gases de 5-6 [m] D  9 [m] H
  • Quemador de concentrado que funde 3000 tpd
  • 8 sangrías de mata y 6 de escoria
  • Características Principales:
  • Quemadores de concentrado (1- 4), que se mezclan con O2 soplando dentro del horno
  • Torre de Reacción donde ocurre mayoritariamente reacción entre O2 y partículas de concentrado
  • Sedimentador donde se colecta gotas de mata y escoria y forman capas separadas
  • Sangrías con bloques de Cu refrigerados
  • Up-Take para evacuar gases 10-40% SO2
detalles de construcci n
Detalles de Construcción
  • Interior ladrillos de MgO o MgO·Cr2O3
  • Están apoyados exteriormente por chaquetas de Cu refrigeradas en zonas de mayor desgaste y acero 1-3 [cm]
  • El techo son ladrillos de MgO·Cr2O3 suspendido en barras de acero
  • La torre de reacción y varias partes del horno están refrigeradas para evitar sobre calentamiento y debilitamiento de la estructura
  • Quemador consiste de 2 tubos concéntricos una central donde se alimenta concentrado y un anulo para el aire/O2
  • Una eficiente dispersión se alcanza con concentrado seco
operaci n en estado estable
Operación en Estado Estable
  • Alimentación estable de soplado de O2/N2, concentrado/fundente seco y circulante por el quemador Conc.
  • Combustión continua combustible en quemadores aux. crisol y/o torre.
  • Descarga continua de gases a recuperadores de calor, remoción de polvo y captura de SO2
  • Sangrado intermitente de mata que va a conversión y escoria que va a recuperación
equipos auxiliares
Equipos Auxiliares
  • Para entradas:
  • Secador de concentrado
  • Planta de producción de oxígeno
  • Sopladores (y algunas veces precalentadores de aire)
  • Para salidas:
  • Caldera recuperadora de calor
  • Sistema de recuperación y reciclo de polvos
  • Ventiladores extractores de gas
  • Planta de acido sulfúrico
  • Sistema de tratamiento de escoria
control
Control

AJUSTA 5 PARÁMETROS

  • Tasa de alimentación de concentrado
  • Tasa de alimentación de fundente
  • Tasa de inyección de soplado
  • Enriquecimiento de oxígeno
  • Tasa de combustible fósil

OBJETIVO

  • Fusión estable de concentrado a la máxima tasa de fusión
  • Producción de mata, escoria y gases a composición y temperatura constantes
    • Temperatura y ley de eje especifica
    • Temperatura y %SiO2 especifico
desarrollo
Desarrollo
  • Mejorar captura SO2
  • Disminuir consumo energía
  • Aumentar productividad
  • Mejorar condiciones de trabajo
  • Disminuir costos
optimo o 2 en el soplado
Optimo O2 en el Soplado
  • En 1990 se encontró que la mejor manera de operar un FSF es:
  • Una ley de Eje entre 60 a 65%
  • Suficiente $ oxígeno de modo que la operación sea auto térmica
  • Una ley de 60 a 65% requiere un $ O2 de 45 a 80% para ser auto térmica
  • Menos O2 requerirá combustible en la torre
  • Mas O2 requerirá oxidar menos Fe y S para evitar sobrecalentamiento en la torre, por lo cual, disminuye la ley del eje
beneficios de uso de o 2
Beneficios de Uso de O2
  • Menos requerimiento de combustible fósil
  • Bajo flujo de gases a través del horno Flash y su sistema de manejo de gases
  • Alta concentración de SO2 en los gases de salida, buena eficiencia de captura de SO2
  • El bajo flujo de gas es importante porque la torre de reacción, up-take, y equipos de manejo de gases son mas pequeños
  • Alta concentración de SO2 permite beneficiar los gases diluidos de los CPS para una captura eficiente y producción de H2SO4
  • Concentrados bajos en Fe y S (Cu2S) requieren mayor $ O2
optima ley del eje
Optima Ley del eje
  • Se selecciona de acuerdo a
  • Obtener tanto calor como sea posible para oxidar Fe y S en el horno Flash
  • Maximizar la generación de SO2 y minimizarla en los CPS (ineficiente)
  • Aumentar la temperatura del horno para adecuarse a los mayores puntos de fusión de ejes de mayor ley y escorias ricas en magnetita
  • Mantener suficiente Fe y S en la mata de modo tal de llevar a cabo la conversión auto térmicamente
  • De lo anterior se selecciona 60 a 65%
  • Además con esta ley la magnetita sólida generada se deposita en las paredes de la torre de reacción y sedimentador lo que provee una capa protectora en la paredes y chaquetas
m xima tasa de fusi n
Máxima Tasa de Fusión
  • Tasa Fusión aumenta al aumentar tasa de alimentación de aire, O2, concentrado y fundente
  • Esto se hace hasta que alguna parte del horno o de la fundición se sobrecargue, limite es:
  • La tasa de fusión depende de zona donde ocurren las reacciones (torre), a una tasa mayor no reaccionará en la torre y resultara en concentrado “no fundido” que cae al crisol.
  • El flujo de calor máximo que puede ser extraído desde la torre de reacción - la tasa de fusión, y por ende la generación de calor mayores producirán sobrecalentamiento y daño
  • FSF modernos aumentaron tasa de fusión mejorando el diseño del quemador y la extracción de calor ha aumentado “diseñando” chaquetas
cuellos de botella
Cuellos de Botella
  • Los mas importantes son:
  • Tasa máxima de producción de oxígeno
  • Capacidades máximas de la caldera recuperadora de calor y captura de polvos
  • Tasa máxima de captura de SO2 en la planta de acido sulfúrico
  • Tasa máxima de la Conversión (subsiguiente)
  • Además al aumentar la tasa de fusión pueden aumentar las perdidas de Cu en las escorias, especialmente en FSF seguido de HELE
  • Tiempo de residencia disminuye en FSF disminuye
mejoras
Mejoras
  • Aumentar $ O2 a nivel de autotermia mejora captura SO2 y productividad
  • Operar a ley de eje mayor, mejora captura de SO2, disminuye consumo Energía y baja necesidad de conversión
  • Un solo quemador concentrado asegura distribución uniforme
  • Refrigeración mas efectiva, mejora campaña del horno
  • Control automático
  • Aumentar sangrías de mata por todo el crisol, evita formación de Fe3O4
mecanismos de fusi n flash
Mecanismos de Fusión Flash
  • Partículas de Concentrado seco se inyectan continuamente a un horno caliente rodeadas por un gas oxidante O2/N2
  • Partículas “ven” superficie caliente y llamas en el horno y comienzan a calentarse por calor transferido por radiación
  • Partículas alcanzan Tº de ignición
  • FeS2 = FeS + ½ S2 a 600ºC
  • 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + ½S2 a 500ºC
  • Al mismo tiempo S2 comienza a ser rápidamente oxidado por el O2 que lo rodea
  • ½ S2 + O2 = SO2 + calor
  • Calor generado calienta y funde las partículas creando una reacción en cadena
mecanismos de fusi n flash 2
Mecanismos de Fusión Flash (2)
  • Oxidación continúa hasta que partículas se oxidan completamente, hasta cuando O2/ que la rodea se agota, o si cae en la escoria
  • Las siguientes partículas que entran al horno “ven” y son calentadas por las partículas oxidadas y calientes – la fusión continua hasta que la alimentación de concentrado/O2-N2 se detiene
  • El tiempo de residencia en la torre es 1 – 3 s, por lo tanto, oxidación debe ser rápida
  • Partículas pequeñas de concentrado
  • Distribución uniforme de O2 – N2
  • $ O2 lo que aumenta % O2 sobre superficie
mecanismos post fusi n
Mecanismos post Fusión
  • Partículas sobre y sub – oxidadas que caen en la escoria reaccionan hasta alcanzar el equilibrio, según
  • FeS + Fe3O4 = 10FeO + SO2
  • Cu2O + FeS = Cu2S + FeO
  • FeS y Cu2S finales se hunden hasta la mata
  • Simultáneamente, los óxidos de Fe, SiO2 y otros óxidos se fijan en la escoria
  • 2FeO + SiO2 = Fe2SiO4
fusi n flash inco international nickel co
Fusión Flash INCO International Nickel Co
  • Cu:1980 (Chino), Marczeski-Aldrich 1986
  • Cu-Ni: 1990 Sudburry (2)
  • “Toda la metalurgia no ferrosa será beneficiada con el uso de oxígeno barato . . . la aplicación de oxígeno revolucionara el arte de fundir y posiblemente cambiara toda la operación y equipamiento"
  • F.W. Davis en el U.S. Bureau of Mines 75 años atrás
instalaciones
Instalaciones
  • 2002:
  • Almalyk, Uzbekistan,1975
  • Hayden, Arizona, 1986
  • Hurley, New Mexico, 1993
  • Sudbury, Ontario (2 Hornos), 1997
caracter sticas
Características
  • Usa O2, 95 a 98%, en vez de aire $
  • Aire y concentrado, se soplan horizontalmente
  • No requiere caldera recuperadora Q.
  • Se usa para sedimentar mata de escoria de conversión fundida
  • Toda la energía para fusión proviene de la oxidación del Fe y S del concentrado alimentado
  • Muy pocas veces se requiere combustible fósil
productos
Productos
  • Mata 55 a 60 % en peso Cu
  • Escoria < 1 % en peso Cu
  • Gases (Salida) 70 a 80 % SO2
  • La mata se envía a conversión en CPS
  • La escoria se envía al escorial, algunas veces a recuperación
  • Los gases de proceso se envía a enfriamiento, remoción de polvo y captura de SO2 (H2SO4 y SO2(l))
  • SO2 es un agente reductor y se usa para blanqueamiento, como fumigante y preservador de alimentos.
  • Liquido se usa para purificar productos del petróleo
ventajas
Ventajas
  • Pequeño tamaño de su suministro de soplado
  • Pequeño tamaño de equipos de manejo de gases
  • Lo anterior se debe a su casi ausencia de nitrógeno en el soplado y gases de salida
detalles de construcci n1
Detalles de Construcción
  • Es una estructura refractaria de Cr2O3MgO con chaquetas de cobre refrigeradas en las áreas de mayor desgaste
  • Sus componentes básicos son:
  • Quemadores de concentrado, dos en cada extremo, secador de concentrado, secador de fundente y reciclaje de materiales que son soplados dentro del horno.
  • Una salida de gases central donde son conducidos a enfriamiento, remoción de polvo y captura de SO2
  • Sangrías para retirar mata y escoria
quemadores de concentrado
Quemadores de Concentrado
  • El quemador de concentrado es un tubo de acero inox. revestido con refractarios y con chaquetas refrigeradas con agua, de ¼ [m] D  1 [cm] de espesor
  • El O2 se sopla horizontalmente pasando por un baffle, mientras que el concentrado y fundente caen a través de un sistema de alimentación
  • Los quemadores se insertan dentro del horno mediante collares de cobre refrigerados con agua en las paredes laterales. Se remueven fácilmente para inspección y limpieza
  • Están angulados 5 grados hacia dentro y 5 grados hacia abajo (llama sobre baño)
  • Se inyecta una lanza O2 en la salida de gases para quemar S2 evitando acreciones
refrigeraci n con agua
Refrigeración con Agua
  • Paredes laterales y del extremo equipados con chaquetas refrigeradas con agua planas e inclinadas para mantener integridad del horno
  • Esto causa depósitos de Magnetita protectores
  • Esto hace una campaña de 6 años
  • Razón excesiva erosión del refractario (línea de escoria)
sangr as de mata y escoria
Sangrías de Mata y Escoria
  • Mata: 4 laterales
  • Escoria: 1 en extremo
  • Block de ladrillo refractario con placa de cobre refrigerada con agua
  • Nivel escoria 0.5 m
  • Nivel de mata 0.2 a 1 m
  • Sangrías se rotan para “lavar” magnetita
up take
Up - take
  • Hecha de ladrillo refractario
  • Se inyecta O2 para eliminar S pirítico, para que no ppte, en equipos de enfriamiento y colección de polvos
equipos auxiliares1
Equipos Auxiliares
  • Secador
  • Planta de Oxígeno
  • Equipo de Refrigeración de Gases
  • Sistema de Recuperación y Reciclo de Polvos
  • Sistema de Captura de SO2
  • Sistema de Recuperación de Cobre (opcional)
salida de gases y polvos
Salida de Gases y polvos
  • Los gases son enfriados y limpiados del polvo en:
  • Un enfriador evaporativo (rociadores de agua) donde el gas se enfría de 1230ºC a 80ºC y el 90% del polvo es atrapado quedando como barro
  • Ciclones, lavadores (scrubbers), PES húmedos
  • Gases de salida contienen 60-75% SO2
  • Sólidos recuperados contienen 35% Cu
operaci n y control estables
Operación y Control Estables
  • Soplado de O2, concentrado seco, fundente y polvos/circulante
  • Sangrado intermitente de mata y escoria
metas
Metas
  • Fundir concentrado a una tasa determinada (tph)
  • Mantener la temperatura del horno y su mata y escoria a su temperatura especificada (1250ºC)
  • Producir una escoria fácil de descargar que contenga el menor contenido de Cu posible
estrategia de control
Estrategia de Control
  • Fijar la alimentación de concentrado seco a su valor predefinido
  • Ajustar el flujo de O2 de modo tal que el Fe y S sean oxidados a la tasa exacta (es decir, genere el calor exacto) para mantener el horno a la Tº requerida
  • Ajustar la razón flujo/concentrado de alimentación para alcanzar la composición de escoria especificada
  • Controlar la ley del eje mezclando los materiales de alimentación
inco versus ok
Inco versus OK
  • OK tiene un quemador INCO 4
  • Refrigeración de la torre vertical del OK, maneja el calor liberado mucho mejor que el horizontal INCO
  • OK recupera calor en calderas
  • Soporte en Operación e Ingeniería
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