El proceso ISASMELT es un proceso de fundición energéticamente eficiente que fue desarrollado conjuntamente entre los años 1970 y 1990 por Mount Isa Mines (una subsidiaria de MIM Holdings y ahora parte de Glencore ) y CSIRO del Gobierno de Australia . Tiene costos de capital y operativos relativamente bajos para un proceso de fundición.
La tecnología ISASMELT se ha aplicado a la fundición de plomo, cobre y níquel. En 2021, había 22 plantas en funcionamiento en once países, junto con tres plantas de demostración ubicadas en Mt Isa. La capacidad instalada de las plantas operativas de cobre/níquel en 2020 fue de 9,76 millones de toneladas por año de materias primas y de 750 mil toneladas por año en las plantas operativas de plomo. [1]
Las fundiciones basadas en el proceso ISASMELT de cobre se encuentran entre las fundiciones de cobre de menor costo del mundo. [2]
Un horno ISASMELT es un recipiente de acero de forma cilíndrica vertical revestido con ladrillos refractarios . [3] En el fondo del horno se encuentra un baño fundido de escoria, mata o metal (según la aplicación). Se baja una lanza de acero al 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 agitación vigorosa del baño.
Los concentrados minerales o los materiales para reciclaje se introducen 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 comparación con otras tecnologías de fundición).
Las lanzas ISASMELT contienen uno o más dispositivos llamados "agitadores" que hacen que el gas inyectado gire dentro de la lanza, empujándolo contra la pared de la lanza y enfriándolo. El turbulento consta de paletas curvadas alrededor de un tubo central que forma un flujo anular. [4] Están diseñados para minimizar las pérdidas de presión cambiando el ángulo de axial a tangencial creando así un fuerte vórtice. [5] El vórtice ayuda a mezclar líquidos y sólidos con oxígeno en el baño. [6] 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 del interior del horno. La punta de la lanza que se sumerge en el baño eventualmente se desgasta y la lanza desgastada se reemplaza fácilmente por una nueva cuando es necesario. Posteriormente se cortan las puntas desgastadas y se suelda una punta nueva al cuerpo de la lanza antes de devolverla al horno.
Los hornos ISASMELT normalmente funcionan en el rango de 1000 a 1200 °C, según la aplicación. [3] [7] 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 para grifos" en un proceso llamado "roscado". Esta puede ser una remoción continua o por lotes, taponando los orificios del grifo con arcilla al final de un grifo y luego reabriendo mediante perforación o con una lanza térmica cuando llegue el momento del siguiente grifo.
Los productos se dejan separar en un recipiente de sedimentación, como por ejemplo un horno de mantenimiento rotatorio o un horno eléctrico.
Mientras se funden 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. Por la lanza se inyectan combustibles líquidos y gaseosos.
Las ventajas del proceso ISASMELT incluyen:
El proceso ISASMELT comenzó con la invención en 1973 de la lanza Sirosmelt por los Drs. Bill Denholm y John Floyd en el CSIRO. [15] [16] La lanza se desarrolló como resultado de investigaciones sobre procesos mejorados de fundición de estaño, en las que se descubrió que el uso de una lanza sumergida de entrada superior daría como resultado una mayor transferencia de calor y eficiencias de transferencia de masa. [dieciséis]
La idea de lanzas sumergidas de entrada superior se remonta al menos a 1902, cuando se intentó un sistema de este tipo en Clichy, Francia. [17] Sin embargo, los primeros intentos fracasaron debido a la corta vida útil de las lanzas al sumergirlas en el baño. El proceso de fundición de cobre de Mitsubishi es un enfoque alternativo, en el que se utilizan lanzas en un horno, pero no se sumergen en el baño. En lugar de ello, soplan aire enriquecido con oxígeno sobre la superficie de la escoria (chorro superior). [18] 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. [dieciséis]
Los científicos de CSIRO primero intentaron desarrollar un sistema de lanza sumergida utilizando una lanza enfriada por agua, pero pasaron a un sistema enfriado por aire porque "el aumento de escala de la lanza enfriada por agua habría sido problemático". [16] La introducción de agua en un sistema que involucra metales fundidos y escorias puede provocar explosiones catastróficas, como la de Scunthorpe Steelworks en noviembre de 1975, en la que 11 hombres perdieron la vida. [19]
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 pruebas utilizando la lanza Sirosmelt para recuperar metales de escorias industriales en Australia, incluida la escoria suavizante de plomo en Broken Hill Associated Smelters en Port Pirie (1973), la escoria de estaño de Associated Tin Smelters en Sydney ( 1974), escoria de convertidor de cobre en la planta de Fundición y Refinación Electrolítica ("ER&S") de Port Kembla (1975) y escoria de horno de ánodo de cobre en Copper Refineries Limited (otra subsidiaria de MIM Holdings) en Townsville (1976) y de escoria de convertidor de cobre en Monte Isa (1977). [16] El trabajo pasó luego a la fundición de concentrados de estaño (1975) y luego de concentrados de estaño sulfídicos (1977). [dieciséis]
MIM y ER&S financiaron conjuntamente las pruebas de tratamiento de escoria del convertidor de Port Kembla en 1975 y la participación de MIM continuó con el trabajo de tratamiento de escoria en Townsville y Mount Isa. [20]
Paralelamente a los trabajos de tratamiento de escorias de cobre, la CSIRO seguía trabajando en la fundición de estaño. Los proyectos incluyeron una planta de cinco toneladas ("t") para recuperar estaño de la 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 el que se extrajo estaño a partir de mineral de estaño pirítico y a partir de concentrados mixtos de estaño y cobre. [21] Aberfoyle estaba investigando la posibilidad de utilizar el método de lanza Sirosmelt para mejorar la recuperación de estaño de minerales complejos, como su mina en Cleveland, Tasmania, y la zona mineral de Queen Hill cerca de Zeehan en Tasmania . [22] [23]
El trabajo de Aberfoyle condujo a la construcción y operación a finales de 1980 de una planta piloto de ahumado de mata de estaño de cuatro t/h en la fundición de níquel Kalgoorlie de Western Mining Corporation , ubicada al sur de Kalgoorlie , Australia Occidental . [23]
A principios de la década de 1970, la tecnología tradicional de altos hornos y plantas de sinterización, que constituía el pilar de la industria de fundición de plomo, estaba sufriendo una presión sostenida por requisitos ambientales más estrictos, mayores costos de energía, menores precios de los metales y aumentos de capital y costos operativos. [15]
Muchas empresas fundidoras buscaban nuevos procesos para sustituir 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. [24]
MIM estaba buscando formas de salvaguardar el futuro de sus operaciones de fundición de plomo en Mount Isa. Lo hizo de dos maneras:
MIM investigó nuevas tecnologías organizando pruebas en planta de grandes parcelas de concentrados de plomo Mount Isa para todas las opciones de proceso 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 sobre lanzas de combustión sumergidas de primer nivel realizadas por Asarco (que tenía una larga asociación con MIM, incluido el hecho de ser accionista de MIM Holdings) en la década de 1960. Esto estimuló el interés de MIM por la lanza Sirosmelt, que fue vista como una forma de producir una lanza sumergida robusta. [15]
Tras las pruebas con 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. [7]
El trabajo comenzó con el modelado por computadora de la termodinámica de equilibrio (1978) y fue seguido por trabajos de prueba a escala de laboratorio utilizando grandes crisoles de silicato de alúmina (1978-1979). Los resultados fueron tan alentadores que MIM construyó un banco de pruebas de 120 kg/h en Mount Isa. Comenzó a funcionar en septiembre de 1980. Se utilizó para desarrollar un proceso de dos etapas para producir lingotes de plomo a partir del concentrado de plomo 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 medida en la escoria (algo fue sacado del horno como humo de óxido de plomo que fue devuelto 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. [7]
Luego del 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 de mata de Aberfoyle y lo transportó desde Kalgoorlie a Mount Isa, donde fue reconstruido y puesto en servicio en 1983 [16] 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. . [25]
Una de las características clave de la planta piloto fue que estaba dirigida por personal de operaciones en la fundición de plomo como si fuera una planta de operaciones. [15] La escoria con alto contenido de plomo producida por la fundición continua del concentrado de plomo fue tratada posteriormente en la planta de sinterización, aumentando así la producción de la fundición de plomo hasta en un 17%. [26] Esto 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 seguridad 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 como para soportar excursiones de control normales. [15] 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, [25] investigar las tasas de desgaste del revestimiento refractario y las lanzas del horno, y El trabajo inicial tuvo como objetivo desarrollar una versión de baja presión de la lanza Sirosmelt. El resultado fue un diseño de lanza que permitió operar a una presión significativamente más baja que los valores iniciales de aproximadamente 250 kilopascal (manométrico) ("kPag"), reduciendo así los costos operativos. [7]
MIM construyó un segundo horno idéntico junto al primero y lo puso en funcionamiento en agosto de 1985. Con esta combinación de hornos se demostró el proceso de dos etapas en funcionamiento continuo a mediados de 1987. [25] Sin embargo, durante la mayor parte del tiempo los dos hornos no pudieron funcionar simultáneamente debido a una limitación en la capacidad de la cámara de filtros utilizada para filtrar el polvo de plomo del gas residual. [25]
Una serie de mejoras en el proceso, particularmente en el sistema de manejo de gases residuales, dieron como resultado un aumento del rendimiento de la planta desde el diseño inicial de 5 t/h a 10 t/h. [10] La planta piloto había tratado más de 125.000 t de concentrado de plomo en abril de 1989. [12]
Los dos hornos también se utilizaron para desarrollar un proceso para recuperar plomo de las operaciones de escoria de la fundición de plomo de Mount Isa. [25]
Sobre la base de los resultados del trabajo de la planta piloto, la junta directiva de MIM Holdings aprobó la construcción de una planta de demostración de 65 millones de dólares australianos [27] , capaz de producir 60.000 toneladas anuales de lingotes de plomo. [25] Esta planta operó desde principios de 1991 hasta 1995. [28] 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 principal planta de demostración de ISASMELT quedó severamente restringida. [28] Cuando hubo suficiente oxígeno disponible en 1993 para aumentar el nivel de enriquecimiento a 33-35%, se lograron tasas de tratamiento de hasta 36 t/h de concentrado, con plomo residual en la escoria final del horno de reducción en el rango de 2-5%. [28]
El enfoque de dos etapas para la fundición de plomo ISASMELT fue impulsado en parte por el contenido relativamente bajo de plomo de los concentrados de plomo Mount Isa (generalmente en el rango de 47 a 52% de plomo durante el período de desarrollo de ISASMELT). [7] [29] [30] Intentar producir lingotes de plomo en un solo horno con grados de concentrado tan bajos resultaría en una emisión excesiva de humos de óxido de plomo con una enorme cantidad de material que tendría que regresarse al horno para recuperar el plomo. [7] 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 metal de plomo en un solo horno sin exceso de humo. [7] Esto se demostró a gran escala en 1994, cuando 4000 t de concentrado que contenía un 67% de plomo fueron tratadas a velocidades 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. [28]
Al igual que la planta piloto líder de ISASMELT, la planta de demostración líder de ISASMELT sufrió limitaciones impuestas por el sistema de manejo de gases residuales. En el caso de la planta de demostración, el problema fue causado por humos pegajosos que formaban una capa aislante en los haces de tubos de convección de las calderas de calor residual, reduciendo significativamente las tasas de transferencia de calor y, por tanto, la capacidad de las calderas para reducir la temperatura de los gases residuales. . [12] Como la planta utilizaba cámaras de bolsas 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 bajar la temperatura a un nivel en el que la cámara de filtros pudiera funcionar. [12] Esto redujo la capacidad de la planta ISASMELT porque nuevamente estaba limitada por el volumen de gas que podía filtrarse mediante la cámara de bolsas.
La principal planta de demostración de ISASMELT fue suspendida en 1995 porque no había suficiente concentrado para mantenerla en funcionamiento y el resto de la fundición de plomo. [12] Era demasiado pequeño para tratar todo el concentrado de plomo de Mount Isa por sí solo.
El primer horno comercial ISASMELT de plomo primario se instaló en el complejo totalmente nuevo de fundición de zinc y plomo Yunnan Chihong Zinc and Germanium Company Limited (YCZG) en Qujing, provincia de Yunnan, China. [31] Este horno era parte de una planta que constaba del horno ISASMELT y un alto horno especialmente diseñado para tratar escoria ISASMELT con alto contenido de plomo. [28] El horno ISASMELT fue diseñado para producir tanto escoria como lingotes de plomo, y aproximadamente el 40% del plomo del concentrado se convierte en lingotes de plomo en el horno ISASMELT. [31]
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 (Kazajstán) en 2012. Está diseñado para tratar 300.000 t/año de concentrado de plomo, utilizando nuevamente una combinación ISASMELT-alto horno. [1]
YCZG está construyendo otro ISASMELT líder en una nueva fundición en Huize, China, y está previsto que entre 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 servicios de capacitación y soporte de puesta en marcha para el horno Ausmelt y el alto horno por parte del personal de las operaciones Kazzinc de Glencore en Kazajstán . 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. [32]
Mientras se diseñaba la planta piloto líder ISASMELT de 5 t/h en 1982-1983, MIM continuó 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 baterías de plomo-ácido. Pasta para reciclaje de plomo. [7]
La junta directiva de MIM Holdings aprobó la construcción de una planta ISASMELT en Britannia Refined Metals, la principal refinería de la empresa en Northfleet, Reino Unido, para la recuperación comercial de plomo a partir de pasta de baterías para complementar la planta existente, que utilizaba un horno rotatorio corto para producir 10.000 t/año de plomo. [33] La nueva planta aumentó la producción anual a 30.000 t/año de plomo reciclado y se puso en funcionamiento en 1991. [33] El horno ISASMELT se utilizó para producir lingotes de plomo con bajo contenido de antimonio a partir de la pasta de la batería y una escoria rica en antimonio que contenía entre un 55% y un 65% de óxido de plomo. Si bien fue posible recuperar el plomo de la escoria en el horno ISASMELT mediante un paso 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. [33] La planta fue diseñada para tratar 7,7 t/h de pasta para baterías, pero habitualmente trataba 12 t/h. [33] La planta se cerró en 2004 cuando Xstrata Zinc, que se hizo cargo de las operaciones de plomo de MIM Holdings, decidió abandonar el negocio de reciclaje de plomo. [33]
En 2000 se puso en marcha en Malasia una segunda planta ISASMELT de plomo para recuperar plomo de baterías recicladas en la planta de Pulau Indah de Metal Reclamation Industries. [33] Esta planta ISASMELT tiene una capacidad de diseño de 40.000 t/año de lingotes de plomo. [1]
Los científicos del CSIRO realizaron trabajos de prueba a pequeña escala con concentrado de sulfuro de cobre en 1979, [16] utilizando el banco de pruebas Sirosmelt de 50 kg del CSIRO. [34] Estas pruebas incluyeron la producción de mata de cobre que contenía entre 40% y 52% de cobre y, en algunos casos, la conversión de la mata para producir cobre ampollado. [34]
Los resultados de este trabajo fueron suficientemente alentadores que MIM en 1983 [35] emprendió su propio programa de pruebas de fundición de cobre utilizando su banco de pruebas de 120 kg/h, que para entonces había sido reclasificado a 250 kg/h. [27] Se descubrió que el proceso era fácil de controlar y que la pérdida de cobre hacia la escoria era baja. [10] También se supo que el proceso podría recuperar fácilmente cobre del concentrado de escoria del convertidor de cobre, del cual había una gran reserva en Mount Isa. [10]
La construcción de una planta ISASMELT de cobre de demostración de 15 t/h comenzó en 1986. El diseño se basó en el trabajo de prueba de 250 kg/h de MIM y en la experiencia operativa con la planta piloto líder ISASMELT. [27] Costó 11 millones de dólares australianos [10] y se puso en servicio en abril de 1987. [27] El costo de capital inicial se recuperó en los primeros 14 meses de operación. [26]
Al igual que con la planta piloto principal de ISASMELT, la planta de demostración de cobre ISASMELT se integró a las operaciones de fundición de cobre [15] y se justificó por el aumento del 20% (30.000 t/año) en la producción de cobre que proporcionó. [10] Trató rápidamente toda la acumulación de concentrado de escoria del convertidor, que no podía tratarse a altas velocidades en los hornos de reverbero sin generar acumulaciones de magnetita ("Fe 3 O 4 ") que requerirían apagar los hornos de reverbero para su eliminación. [36]
La planta de demostración de cobre ISASMELT se utilizó para desarrollar aún más el proceso del cobre. La vida útil de los refractarios fue inicialmente más corta de lo esperado [37] y se dedicó un esfuerzo considerable a comprender las razones e intentar extender la vida útil de los refractarios. [37] Al final de la vida útil de la planta de demostración, la vida refractaria más larga alcanzada fue de 90 semanas. [37]
La vida de Lance también fue baja al principio. [37] Los operadores sin experiencia podrían destruir una lanza en tan solo 10 minutos. [37] Sin embargo, como resultado de las 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 útil típica de la lanza se extendió a una semana. [37]
La planta de demostración se puso en marcha con aire a alta presión (700 kPag) inyectado por la lanza. [27] Posteriormente, después de pruebas exhaustivas de diseños de lanzas de baja presión y ensayos utilizando enriquecimiento con oxígeno del aire de la lanza, se adquirió una planta de oxígeno de 70 t/d y un soplador de 5 Nm3/s con una presión de descarga de 146 kPag. [27] El nuevo diseño de lanza era capaz de funcionar a presiones inferiores a 100 kPag. [35] Utilizando 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. [27]
La exitosa operación y desarrollo de la demostración de cobre ISASMELT, y el grado de interés mostrado en el nuevo proceso por parte de la comunidad mundial de fundición, dieron a MIM Holdings suficiente confianza para licenciar la tecnología ISASMELT a compañías externas, [38] por lo que se firmó un acuerdo bajo el cual MIM podría incorporar la lanza Sirosmelt a la tecnología ISASMELT se firmó con el CSIRO en 1989. [26]
MIM firmó el primer acuerdo de licencia ISASMELT con Agip Australia Proprietary Limited ("Agip") en julio de 1990. Agip, una filial de la petrolera italiana ENI , estaba desarrollando el depósito de níquel y cobre de Radio Hill cerca de Karratha en Australia Occidental. [26] 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. [26]
La planta Agip ISASMELT fue diseñada para tratar 7,5 t/h del concentrado de Radio Hill y producir 1,5 t/h de mata granulada con un contenido combinado de níquel y cobre del 45% para su venta., [26] [27] Fue lo mismo del mismo tamaño que la planta de demostración de cobre ISASMELT (2,3 m de diámetro interno) y contaba con un soplador de 5,5 Nm3/s para suministrar aire a la lanza. [26] La puesta en servicio de la planta comenzó en septiembre de 1991; [12] sin embargo, la mina y el complejo de fundición de Radio Hill se vieron obligados a cerrar debido a los bajos precios del níquel después de menos de seis meses, [12] antes de que se completara la puesta en servicio. [27] El horno ISASMELT alcanzó su capacidad de diseño en tres meses. [12] Los propietarios posteriores de la mina se centraron únicamente en la minería y el procesamiento de minerales, y la planta ISASMELT ha sido desmantelada. [12]
En 1973, la fundición Freeport-McMoRan Copper and Gold ("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 Salt River Project que proporcionaba a la empresa una tarifa de electricidad muy baja. [8] Este contrato expiró en 1990 y el aumento resultante en los precios de la electricidad impulsó a los propietarios de la fundición, Chipre Miami Mining Corporation ("Chipre"), a buscar tecnologías de fundición alternativas para reducir los costos operativos. [8]
Las tecnologías evaluadas incluyeron:
Los procesos Contop, Inco, Mitsubishi y Outokumpu "fueron eliminados principalmente debido a sus altos niveles de polvo, altos costos de capital y poca adaptabilidad a las instalaciones existentes". El convertidor Teniente quedó descartado porque requería el uso del horno eléctrico para la fundición parcial. El reactor Noranda no fue seleccionado "por su elevado desgaste refractario y su escasa adaptabilidad a la planta existente debido al manejo de la escoria del reactor". [8] 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. equipo 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. [8]
El horno ISASMELT de cobre de Miami fue diseñado para tratar 590.000 t/año (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. [8] El horno eléctrico existente pasó de funciones de fundición a un horno de limpieza de escoria y proporcionó capacidad de aumento de mata para los convertidores. [8] El horno ISASMELT se puso en servicio el 11 de junio de 1992 y en 2002 trató más de 700.000 toneladas anuales de concentrado. [39] La modernización de la fundición de Miami costó aproximadamente 95 millones de dólares. [27]
En 1993, Chipre Minerals Company se fusionó con AMAX para formar la empresa Chipre Amax Minerals , que a su vez fue adquirida por Phelps Dodge Corporation a finales de 1999. Después de la adquisición, Phelps Dodge cerró sus fundiciones Hidalgo y Chino. [40] Phelps Dodge fue adquirida por Freeport en 2006.
La fundición de Miami es una de las dos únicas fundiciones de cobre en funcionamiento que quedan en los Estados Unidos, frente a 16 en 1979. [41]
La tercera planta comercial de cobre ISASMELT se instaló en la fundición de cobre Mount Isa de MIM a un costo de aproximadamente 100 millones de dólares australianos. [37] Fue diseñado para tratar 104 t/h de concentrado de cobre, con un contenido de 180.000 t/año de cobre, y entró en funcionamiento en agosto de 1992. [37]
Una diferencia significativa entre la planta ISASMELT de cobre de Mount Isa y todas las demás es que utiliza una caldera de calor residual Ahlstrom Fluxflow [42] para recuperar el calor del gas residual del horno. Esta caldera utiliza un lecho fluido de partículas en recirculación para apagar rápidamente el gas cuando sale del horno y luego utiliza 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. Encima de la cama. [37] 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 rápido enfriamiento del gas residual limita la formación de trióxido de azufre ("SO 3 "), que en presencia de agua se forma Ácido sulfúrico que puede causar corrosión en superficies frías. [43]
En sus primeros años, la caldera Fluxflow fue la causa de importantes tiempos de inactividad, porque el índice de desgaste de los tubos de la caldera era mucho mayor de lo esperado. [43] Los problemas se resolvieron entendiendo los flujos de gas dentro de la caldera y rediseñando los tubos de la caldera para minimizar los efectos de la erosión. [43]
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; [43] sin embargo, esto no se instaló y las mejoras operativas dieron como resultado una extensión significativa de la vida útil del revestimiento sin este capital y gastos operativos. [44] Desde 1998, la vida útil del revestimiento refractario ha excedido su diseño de dos años, [12] y la vida útil de los revestimientos octavo y noveno casi alcanza los tres años. [45] El revestimiento más reciente duró 50 meses, y el anterior duró 44 meses. [46]
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. [44] La limitación final fue la decisión durante su construcción de mantener uno de los dos hornos de reverbero en línea para aumentar la producción de la fundición de cobre a 265.000 t/año de cobre anódico. Los convertidores Peirce-Smith de la fundición se convirtieron en un cuello de botella y la velocidad de alimentación del horno ISASMELT tuvo que limitarse para permitir que se extrajera suficiente mata del horno de reverbero para evitar que se congelara. [2] El promedio móvil de 12 meses de la tasa de alimentación de ISASMELT estuvo justo por debajo de 100 t/h durante gran parte de este período, sin alcanzar el promedio anual de diseño de 104 t/h. [44] MIM decidió cerrar el horno de reverbero en 1997, y la tasa de alimentación media móvil de 12 meses de la planta ISASMELT superó rápidamente el diseño de 104 t/h cuando se levantó esta restricción. [44]
El rendimiento de la planta ISASMELT fue suficientemente alentador que MIM decidió ampliar 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. [44] 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 anódico. [44] En ese momento, la fundición de cobre 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 lanza tardan entre 30 y 40 minutos y las reparaciones generalmente se limitan al reemplazo de las puntas de la lanza. [47]
En 2006, MIM puso en funcionamiento un segundo horno de mantenimiento rotatorio que funciona en paralelo con el horno de mantenimiento existente. [48]
Sterlite Industries ("Sterlite"), una subsidiaria de Vedanta Resources , construyó una fundición de cobre en Tuticorin utilizando un horno ISASMELT y convertidores Peirce-Smith . La fundición se puso en marcha en 1996 [1] y fue diseñada para producir 60.000 t/año de cobre (450.000 t/año de concentrado de cobre), [45] pero aumentando el contenido de oxígeno del aire de la lanza y haciendo modificaciones a 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. [12]
Sterlite puso en servicio un nuevo horno ISASMELT en mayo de 2005 [48] que fue diseñado para tratar 1,3 millones de t/año de concentrado de cobre, [45] y la capacidad de producción de la fundición se amplió a 300.000 t/año de cobre. [12] La nueva planta alcanzó su capacidad de diseño, medida durante un período de tres meses, seis meses después de que comenzara a tratar su primer alimento. [48] El sitio web de Vedanta afirma que el nuevo horno ISASMELT se puso en funcionamiento con éxito "en un período récord de 45 días". [49]
Desde entonces, Sterlite decidió ampliar aún más su producción de cobre instalando una tercera fundición ISASMELT y una nueva refinería utilizando tecnología IsaKidd. [50] La nueva fundición tiene 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 único horno ISASMELT. [51]
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. [9] Como respuesta, Yunnan Copper Corporation ("YCC") mejoró su planta existente, que estaba basada en una planta de sinterización y un horno eléctrico, con un horno ISASMELT de cobre. [9] 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 mata para los convertidores, y nuevamente, el tamaño reducido del horno ISASMELT fue muy importante para adaptarlo al fundición existente. [9]
La planta YCC ISASMELT tenía una capacidad de diseño de 600.000 t secas/año de concentrado de cobre y comenzó a fundir concentrado el 15 de mayo de 2002. [9] YCC puso mucho énfasis en capacitar a sus operadores, enviando personal a Mount Isa para recibir capacitación durante siete -mes durante 2001 antes de la puesta en servicio de ISASMELT. [9] 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 estadounidenses) y, como resultado, la tasa de tratamiento del concentrado de la fundición aumentó de 470.000 t/año a 800.000 t/año. [52]
La transferencia de conocimientos operativos de MIM a YCC fue suficiente para que el primer revestimiento refractario del horno ISASMELT durara dos años, una mejora notable con respecto a la vida útil del revestimiento inicial de otras plantas. [52]
YCC calificó el proyecto de modernización como "un gran éxito, logrando todo lo esperado". [52] El consumo de energía por tonelada de cobre blister producido disminuyó en un 34% como resultado de la instalación del horno ISASMELT, y YCC estimó que durante los primeros 38 meses de operación, ahorró aproximadamente 31,4 millones de dólares estadounidenses solo mediante la reducción de costos de energía, [52 ] dando a la modernización un retorno de la inversión muy breve según los estándares de la industria.
En 2004, la dirección de YCC recibió premios por Innovación en Gestión de Proyectos y la Medalla Nacional por Proyectos de Alta Calidad por parte del gobierno chino para marcar el éxito del proyecto de modernización de la fundición. [52]
Posteriormente, Xstrata autorizó 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 fueron encargados en 2009. [1] Liangshan fue encargado en 2012. [53]
En la década de 1990, Southern Peru Copper Corporation ("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. 2007. [54] Inicialmente seleccionó la tecnología de fundición instantánea para reemplazar sus hornos de reverbero, a un costo de casi mil millones de dólares; [14] 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. [14]
Kazzinc seleccionó el proceso de cobre ISASMELT para su complejo metalúrgico de Ust-Kamenogorsk . Está diseñado para tratar 290.000 t/año de concentrado de cobre [1] y se puso en servicio en 2011. [55] El costo de capital proyectado para la fundición y la refinería en 2006 fue de 178 millones de dólares estadounidenses. [56]
Además de tratar concentrados de cobre, también se han construido hornos ISASMELT para tratar materiales de cobre secundarios (chatarra).
A principios de la década de 1990, personal técnico de la entonces Union Miniére trabajó con personal de MIM Holdings para desarrollar un proceso basado en ISASMELT para tratar materiales de desecho y residuos que contienen cobre y plomo. [38] Union Miniére operaba una fundición en Hoboken , cerca de Amberes en Bélgica , que se especializaba en el reciclaje de chatarra de materiales no ferrosos. El programa de trabajo de prueba se llevó a cabo utilizando un banco de pruebas ISASMELT en la refinería principal de MIM Holdings, Britannia Refined Metals, en Northfleet en el Reino Unido . [38]
El personal de MIM Holdings diseñó una planta de demostración y la operó durante varios meses en el sitio de fundición de Hoboken. [57] La nueva fundición entró en funcionamiento en el último trimestre de 1997 [38] y en 2007 estaba tratando hasta 300.000 t/año de materiales secundarios. [57] La instalación del horno ISASMELT reemplazó una planta de tostación, una planta de sinterización, una de dos plantas de ácido sulfúrico, un alto horno de cobre y cuatro convertidores Hoboken. [58] Redujo sustancialmente los costos operativos en la fundición de Hoboken. [48]
La planta de Umicore en Hoboken utiliza un proceso de dos pasos en un solo horno. El primer paso implica la oxidación de la alimentación para formar una mata de cobre y una escoria rica en plomo. Luego se extrae la escoria y la mata de cobre restante se convierte en cobre ampollado. [57] La escoria rica en plomo se reduce posteriormente en un alto horno para producir metal de plomo, mientras que el cobre se refina y los metales preciosos contenidos se recuperan. [57]
La fundición Hüttenwerke Kayser en Lünen (Alemania) instaló una planta ISASMELT en 2002 para reemplazar tres altos hornos y un convertidor Peirce-Smith utilizados para fundir chatarra de cobre. [57] Posteriormente, la empresa fue comprada por Norddeutsche Affinerie AG , que a su vez se convirtió en Aurubis .
El proceso utilizado en la fundición de Lünen consiste en cargar el horno con residuos y chatarra de cobre que contienen entre 1 y 80% de cobre y luego fundirlos en un ambiente reductor. Esto produce una "fase de cobre negro" y una escoria de sílice con bajo contenido de cobre. Inicialmente, el cobre negro se convertía en cobre blister en el horno ISASMELT. [57] Sin embargo, en 2011 la fundición se amplió como parte del proyecto "KRS Plus". Se utiliza un convertidor rotatorio de soplado superior para convertir el cobre negro y el horno ISASMELT funciona continuamente en modo de fundición. [59] [60]
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 gases residuales y disminuyó el consumo de energía en más de un 50%. La capacidad de producción supera el diseño original en un 40%. [57]
Kandanshi
Cobre Atlántico