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 la CSIRO del Gobierno de Australia . Tiene costos operativos y de capital relativamente bajos para un proceso de fundición.
La tecnología ISASMELT se ha aplicado a la fundición de plomo, cobre y níquel. 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 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 con forma cilíndrica vertical revestido con ladrillos refractarios . [3] Hay un baño fundido de escoria, mata o metal (según la aplicación) en la parte inferior del horno. 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 materiales para reciclar 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 lugar a una reacción intensa en un volumen pequeño (en comparación con otras tecnologías de fundición).
Las lanzas ISASMELT contienen uno o más dispositivos llamados "remolinos" que hacen que el gas inyectado gire dentro de la lanza, forzándolo contra la pared de la misma, enfriándolo. El remolino consiste en paletas curvas alrededor de un tubo central que forman 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 dentro del horno. La punta de la lanza que está sumergida en el baño eventualmente se desgasta, y la lanza desgastada se reemplaza fácilmente por una nueva cuando es necesario. Las puntas desgastadas se cortan posteriormente y se suelda una nueva punta al cuerpo de la lanza antes de devolverla al horno.
Los hornos ISASMELT suelen funcionar 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 extraen del horno a través de uno o más "orificios de colada" en un proceso llamado "colado". Este proceso puede ser continuo o por lotes, taponándose los orificios de colada con arcilla al final de un colado y volviéndose a abrir perforando o con una lanza térmica cuando llega el momento del siguiente colado.
Los productos se dejan separar en un recipiente de sedimentación, como un horno de retención rotatorio o un horno eléctrico.
Durante la fundición de 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. Los combustibles líquidos y gaseosos se inyectan por la lanza.
Las ventajas del proceso ISASMELT incluyen:
El proceso ISASMELT comenzó con la invención en 1973 de la lanza Sirosmelt por los Dres. 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. [16]
La idea de las lanzas sumergidas con 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 las lanzas se utilizan en un horno, pero no se sumergen en el baño. En su lugar, soplan aire enriquecido con oxígeno sobre la superficie de la escoria (inyección superior). [18] De manera similar, una lanza con inyección superior enfriada 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. [16]
Los científicos del CSIRO primero intentaron desarrollar un sistema de lanza sumergida utilizando una lanza refrigerada por agua, pero pasaron a un sistema refrigerado por aire porque "aumentar la escala de la lanza refrigerada 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 que ocurrió en la acería de Scunthorpe 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 por salpicadura en la lanza fueron las principales innovaciones que llevaron al desarrollo exitoso de la fundición con lanza sumergida.
A partir de 1973, los científicos del CSIRO comenzaron una serie de ensayos utilizando la lanza Sirosmelt para recuperar metales de escorias industriales en Australia, incluyendo escorias de ablandamiento de plomo en Broken Hill Associated Smelters en Port Pirie (1973), escorias de estaño de Associated Tin Smelters en Sydney (1974), escorias de convertidor de cobre en la planta de Refinación y Fundición Electrolítica ("ER&S") de Port Kembla (1975) y escorias de horno de ánodo de cobre en Copper Refineries Limited (otra subsidiaria de MIM Holdings) en Townsville (1976) y de escorias de convertidor de cobre en Mount Isa (1977). [16] Luego, el trabajo procedió a la fundición de concentrados de estaño (1975) y luego de concentrados de estaño sulfídico (1977). [16]
MIM y ER&S financiaron conjuntamente los ensayos 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 escoria de cobre, la CSIRO seguía trabajando en la fundición de estaño. Entre los proyectos se encontraban 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 estaba realizando en colaboración con Aberfoyle Limited, en el que se extraía estaño de mineral de estaño pirítico y de concentrados mixtos de estaño y cobre. [21] Aberfoyle estaba investigando la posibilidad de utilizar el método de la lanza Sirosmelt para mejorar la recuperación de estaño de minerales complejos, como su mina en Cleveland, Tasmania, y la zona de mineral de Queen Hill cerca de Zeehan en Tasmania . [22] [23]
El trabajo de Aberfoyle condujo a la construcción y operación a fines 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 constituían el pilar de la industria de fundición de plomo se vio sometida a una presión sostenida debido a requisitos ambientales más estrictos, mayores costos de energía, precios decrecientes de los metales y costos de capital y operativos en aumento. [15]
Muchas empresas de fundición buscaban nuevos procesos para reemplazar las plantas de sinterización y los altos hornos. Entre las posibilidades se encontraban el proceso de fundición de plomo QSL, el proceso Kivcet, el convertidor rotatorio de soplado superior Kaldo y la adaptación del exitoso horno de fusión de cobre y níquel de Outokumpu a la fundición de plomo. [24]
MIM buscaba 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 de planta de grandes parcelas de concentrados de plomo de Mount Isa para todas las opciones de proceso de entonces, excepto el proceso Kivcet. Al mismo tiempo, había estado al tanto del uso de lanzas de inyección superior en los procesos Mitsubishi y Kaldo , y de las investigaciones sobre lanzas de combustión sumergidas de entrada superior realizadas por Asarco (que tenía una larga asociación con MIM, incluido ser accionista de MIM Holdings) en la década de 1960. Esto estimuló el interés de MIM en la lanza Sirosmelt, que se consideraba una forma de producir una lanza sumergida robusta. [15]
Después de los ensayos de escoria de cobre de 1976-1978, MIM inició un proyecto conjunto con CSIRO en 1978 para investigar la posibilidad de aplicar lanzas Sirosmelt a la fundición de plomo. [7]
El trabajo comenzó con la modelización por ordenador de la termodinámica del equilibrio (1978) y fue seguido por un trabajo de prueba a escala de laboratorio utilizando grandes crisoles de silicato de alúmina (1978-1979). Los resultados fueron lo suficientemente alentadores como para que MIM construyera un banco de pruebas de 120 kg/h en Mount Isa. Comenzó a funcionar en septiembre de 1980. Esto se utilizó para desarrollar un proceso de dos etapas para producir lingotes de plomo a partir del concentrado de plomo de Mount Isa. La primera etapa fue un paso de oxidación que eliminó prácticamente todo el azufre de la alimentación, oxidando el plomo contenido a óxido de plomo (PbO) que se recolectó en gran parte en la escoria (una parte se eliminó del horno como humo de óxido de plomo que se devolvió para la recuperación de plomo). La segunda etapa fue un paso de reducción en el que se eliminó el oxígeno del plomo para formar plomo metálico. [7]
Tras el trabajo de prueba de 120 kg/h, MIM decidió proceder a instalar una planta piloto ISASMELT de 5 t/h de plomo en su fundición de plomo de 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 funcionamiento en 1983 [16] para demostrar la primera etapa del proceso en funcionamiento continuo y para probar la etapa de reducción utilizando lotes de escoria con alto contenido de plomo. [25]
Una de las características clave de la planta piloto fue que era operada por el 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 se trató posteriormente en la planta de sinterización, lo que aumentó la producción de la fundición de plomo hasta en un 17%. [26] Esto le dio al personal de operaciones la propiedad de la planta y un incentivo para hacerla funcionar, asegurando así la prioridad de administración 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 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 apuntó a desarrollar una versión de baja presión de la lanza Sirosmelt. El resultado fue un diseño de lanza que permitió la operación a una presión significativamente menor que los valores iniciales de aproximadamente 250 kilopascales (manométricos) ("kPag"), reduciendo así los costos operativos. [7]
MIM construyó un segundo horno idéntico al primero y lo puso en funcionamiento en agosto de 1985. Esta combinación de hornos se utilizó para demostrar 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 de proceso, en particular 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 de recuperación de plomo de las operaciones de desescoriación de la fundición de plomo de Mount Isa. [25]
Basándose en los resultados del trabajo de la planta piloto, el Consejo de Administración de MIM Holdings aprobó la construcción de una planta de demostración de 65 millones de dólares australianos [27] , capaz de producir 60.000 t/año de lingotes de plomo. [25] Esta planta funcionó desde principios de 1991 hasta 1995. [28] Inicialmente se diseñó 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 velocidad de alimentación a la planta de demostración de plomo ISASMELT se vio severamente restringida. [28] Cuando hubo suficiente oxígeno disponible en 1993 para aumentar el nivel de enriquecimiento al 33-35%, se lograron tasas de tratamiento de hasta 36 t/h de concentrado, con un plomo residual en la escoria del horno de reducción final en el rango del 2-5%. [28]
El enfoque de dos etapas para la fundición de plomo ISASMELT fue impulsado en parte por el contenido de plomo relativamente bajo de los concentrados de plomo de Mount Isa (normalmente en el rango de 47-52% de plomo durante el período de desarrollo de ISASMELT de plomo). [7] [29] [30] Intentar producir lingotes de plomo en un solo horno con grados de concentrado tan bajos daría como resultado una humificación excesiva de óxido de plomo con una enorme cantidad de material que tendría que devolverse al horno para recuperar el plomo [7] y, en consecuencia, una mayor demanda de energía ya que ese material tenía que recalentarse a las temperaturas del horno.
Los concentrados con un mayor contenido de plomo se pueden fundir directamente en plomo metálico en un solo horno sin generar humos excesivos. [7] Esto se demostró a gran escala en 1994, cuando se trataron 4000 t de concentrado que contenía un 67% de plomo a velocidades de hasta 32 t/h con aire de lanza enriquecido al 27%. Durante estos ensayos, el 50% del plomo del 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 de ISASMELT, la planta de demostración de ISASMELT se vio afectada por las limitaciones impuestas por el sistema de manipulación de los gases residuales. En el caso de la planta de demostración, el problema se debía a los humos pegajosos que formaban una capa aislante en los haces de tubos de convección de las calderas de recuperación de calor, lo que reducía significativamente las tasas de transferencia de calor y, por lo tanto, la capacidad de las calderas para reducir la temperatura de los gases residuales. [12] Como la planta utilizaba filtros de mangas para filtrar los humos de plomo de los gases residuales, era necesario reducir la temperatura del gas por debajo del punto en el que las mangas se dañarían por las altas temperaturas. El problema se resolvió permitiendo que el aire frío se mezclara con los gases residuales calientes para reducir la temperatura a un nivel en el que el filtro de mangas pudiera funcionar. [12] Esto redujo la capacidad de la planta ISASMELT porque estaba nuevamente limitada por el volumen de gas que podía filtrar el filtro de mangas.
La planta de demostración de plomo ISASMELT se suspendió en 1995 porque no había suficiente concentrado para mantenerla en funcionamiento, junto con el resto de la fundición de plomo. [12] Era demasiado pequeña para tratar por sí sola todo el concentrado de plomo de Mount Isa.
El primer horno ISASMELT comercial de plomo primario se instaló en el complejo de fundición de zinc y plomo de 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 convertía 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 funcionamiento 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 de ISASMELT y alto horno. [1]
YCZG está construyendo otro ISASMELT de plomo en una nueva fundición en Huize, China, y su puesta en funcionamiento está prevista para 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 soporte en el sitio por parte del personal de Kazzinc durante las etapas de puesta en marcha y puesta en marcha de la planta Ausmelt. [32]
Mientras se diseñaba la planta piloto de plomo 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 pasta de batería de plomo-ácido para reciclaje de plomo. [7]
El Consejo de Administración de MIM Holdings aprobó la construcción de una planta ISASMELT en Britannia Refined Metals, la refinería de plomo de la empresa en Northfleet, Reino Unido, para la recuperación comercial de plomo de la pasta de batería 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 batería y una escoria rica en antimonio que contenía entre un 55 y un 65 % de óxido de plomo. Si bien era posible recuperar el plomo de la escoria en el horno ISASMELT mediante un paso de reducción, el rendimiento total de la planta se incrementó al tratar 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 de batería, 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 funcionamiento en Malasia una segunda planta ISASMELT para recuperar plomo de baterías recicladas en la planta 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]
En 1979, los científicos del CSIRO realizaron pruebas a pequeña escala sobre concentrado de sulfuro de cobre, [16] utilizando el equipo de pruebas Sirosmelt de 50 kg del CSIRO. [34] Estas pruebas incluyeron la producción de mata de cobre que contenía entre un 40 y un 52 % de cobre y, en algunos casos, la conversión de la mata para producir cobre blíster. [34]
Los resultados de este trabajo fueron lo suficientemente alentadores como para que en 1983 MIM [35] emprendiera su propio programa de pruebas de fundición de cobre utilizando su equipo de prueba de 120 kg/h, que para entonces había sido recalibrado a 250 kg/h. [27] Se descubrió que el proceso era fácil de controlar y que la pérdida de cobre en escoria era baja. [10] También se supo que el proceso podía recuperar fácilmente el cobre del concentrado de escoria del convertidor de cobre, del cual había una gran reserva en Mount Isa. [10]
En 1986 se inició la construcción de una planta piloto de cobre ISASMELT de 15 t/h. El diseño se basó en el trabajo de prueba de 250 kg/h de MIM y en la experiencia operativa con la planta piloto ISASMELT principal. [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 la planta piloto de ISASMELT de plomo, la planta de demostración de ISASMELT de cobre se integró en las operaciones de fundición de cobre [15] y se justificó por el aumento del 20% (30.000 t/a) 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 tasas 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 seguir desarrollando el proceso de 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 útil más larga de los refractarios lograda fue de 90 semanas. [37]
La vida útil de la lanza también era baja al principio. [37] Los operadores inexpertos podían destruir una lanza en tan solo 10 minutos. [37] Sin embargo, como resultado de las modificaciones al 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 funcionamiento con aire a alta presión (700 kPag) inyectado a través de la lanza. [27] Más tarde, después de extensas pruebas de diseños de lanzas de baja presión y ensayos utilizando enriquecimiento de oxígeno del aire de la lanza, se compró 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 operar 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 del proceso de demostración de cobre ISASMELT, y el grado de interés demostrado en el nuevo proceso por la comunidad de fundición global, dieron a MIM Holdings suficiente confianza para licenciar la tecnología ISASMELT a compañías externas, [38] por lo que en 1989 se firmó con el CSIRO un acuerdo bajo el cual MIM podía incorporar la lanza Sirosmelt a la tecnología ISASMELT. [26]
En julio de 1990, MIM firmó el primer acuerdo de licencia ISASMELT con Agip Australia Proprietary Limited ("Agip"). Agip, una subsidiaria 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 la plataforma de prueba 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 la venta., [26] [27] Era del mismo tamaño que la planta de demostración de cobre ISASMELT (2,3 m de diámetro interno) y tenía un soplador de 5,5 Nm3/s para proporcionar el aire de la lanza. [26] La puesta en servicio de la planta comenzó en septiembre de 1991; [12] sin embargo, la mina de Radio Hill y el complejo de fundición se vieron obligados a cerrar por 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 el Proyecto Salt River que proporcionaba a la empresa una tarifa muy baja para la electricidad. [8] Este contrato expiró en 1990 y el aumento resultante en los precios de la electricidad impulsó a los propietarios de la fundición, Cyprus Miami Mining Corporation ("Cyprus"), a buscar tecnologías de fundición alternativas para reducir los costos operativos. [8]
Las tecnologías evaluadas incluyeron:
Los procesos Contop, Inco, Mitsubishi y Outokumpu "fueron todos eliminados principalmente debido a sus altos niveles de polvo, altos costos de capital y poca adaptabilidad a la instalación existente". El convertidor Teniente fue descartado porque requería el uso del horno eléctrico para la fundición parcial. El reactor Noranda no fue seleccionado "debido a su alto desgaste refractario y su poca 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 del equipo y la infraestructura existentes, mientras que la principal desventaja fue vista como los riesgos asociados con la ampliación de la tecnología a partir 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 fue convertido de funciones de fundición a un horno de limpieza de escoria y proporcionando capacidad de aumento de mata para los convertidores. [8] El horno ISASMELT fue puesto en servicio el 11 de junio de 1992 y en 2002 trató más de 700.000 t/año de concentrado. [39] La modernización de la fundición de Miami costó aproximadamente US$95 millones. [27]
En 1993, la Cyprus Minerals Company se fusionó con AMAX para formar la Cyprus Amax Minerals Company , que a su vez fue adquirida por Phelps Dodge Corporation a fines de 1999. Después de la adquisición, Phelps Dodge cerró sus fundiciones de 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 que siguen en funcionamiento en Estados Unidos, frente a las 16 que había 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 diseñada para tratar 104 t/h de concentrado de cobre, conteniendo 180.000 t/a de cobre, y comenzó a operar en agosto de 1992. [37]
Una diferencia significativa entre la planta de cobre ISASMELT de Mount Isa y todas las demás es que utiliza una caldera de recuperación de calor Ahlstrom Fluxflow [42] para recuperar el calor del gas residual del horno. Esta caldera utiliza un lecho fluido de recirculación de partículas para apagar rápidamente el gas a medida que 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 sobre el lecho. [37] La alta tasa de transferencia de calor significa que la caldera Fluxflow es relativamente compacta en comparación con las calderas de recuperación de calor convencionales y el enfriamiento rápido del gas residual limita la formación de trióxido de azufre ("SO3 " ), que en presencia de agua forma ácido sulfúrico que puede causar corrosión de superficies frías. [43]
En sus primeros años, la caldera Fluxflow fue la causa de un tiempo de inactividad significativo, porque la tasa de desgaste de los tubos de la caldera era mucho mayor de lo esperado. [43] Los problemas se resolvieron al comprender los flujos de gas dentro de la caldera y rediseñar 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 de agua para extenderlos; [43] sin embargo, este no se instaló y las mejoras operativas dieron como resultado una extensión significativa de la vida útil del revestimiento sin este gasto de capital y operativo. [44] Desde 1998, las vidas útiles del revestimiento refractario han excedido su diseño de dos años, [12] con vidas útiles del octavo y noveno revestimientos llegando casi a los tres años. [45] El revestimiento más reciente duró 50 meses, y el anterior duró 44 meses. [46]
En los primeros años de funcionamiento de 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 ser restringida para permitir que se extrajera suficiente mata del horno de reverbero para evitar que se solidificara. [2] El promedio móvil de 12 meses de la velocidad de alimentación de ISASMELT estuvo justo por debajo de las 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 de 12 meses de la planta ISASMELT superó rápidamente el diseño de 104 t/h cuando se levantó esta restricción. [44]
El desempeño de la planta ISASMELT fue suficientemente alentador como para que MIM decidiera expandir la tasa de tratamiento ISASMELT a 166 t/h agregando una segunda planta de oxígeno para permitir un mayor enriquecimiento del aire de la lanza. [44] Como resultado, a fines 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 de Mount Isa, junto con su refinería de cobre en Townsville, estaba entre las fundiciones de cobre de menor costo del mundo.
La vida útil de la lanza suele ser de dos semanas, los cambios de lanza demoran 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 funcionamiento en 1996 [1] y fue diseñada para producir 60.000 t/año de cobre (450.000 t/año de concentrado de cobre), [45] pero al aumentar el contenido de oxígeno del aire de la lanza y realizar modificaciones en otros equipos, la velocidad de alimentación del horno ISASMELT se incrementó hasta el punto en que la fundición estaba produciendo 180.000 t/año de cobre. [12]
En mayo de 2005, Sterlite puso en funcionamiento un nuevo horno ISASMELT [48] diseñado para tratar 1,3 millones de toneladas anuales de concentrado de cobre [45] y la capacidad de producción de la fundición se amplió a 300.000 toneladas anuales 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 primera carga. [48] El sitio web de Vedanta afirma que el nuevo horno ISASMELT se puso en marcha con éxito "en un período récord de 45 días". [49]
Desde entonces, Sterlite decidió expandir aún más su producción de cobre mediante la instalación de 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 t/a de concentrado de cobre (que contiene 400.000 t/a de cobre), procesado a través de un solo 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, la Yunnan Copper Corporation ("YCC") actualizó su planta existente, que se basaba 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 la tarea de fundición a la separación de mata y escoria y al suministro de capacidad de aumento de mata para los convertidores, y nuevamente, el pequeño tamaño del horno ISASMELT fue muy importante para modernizarlo a la fundición existente. [9]
La planta ISASMELT de YCC tenía una capacidad de diseño de 600.000 t/año de concentrado de cobre seco y comenzó a fundir concentrado el 15 de mayo de 2002. [9] YCC puso mucho énfasis en la capacitación de sus operadores, enviando gente a Mount Isa para capacitación durante un período de siete meses 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 US$80 millones) y la tasa de tratamiento de concentrado de la fundición aumentó de 470.000 t/año a 800.000 t/año como resultado. [52]
La transferencia de conocimientos operativos de MIM a YCC fue suficiente para que el revestimiento refractario del primer horno ISASMELT durara dos años, una mejora notable respecto de la vida útil del revestimiento inicial de otras plantas. [52]
YCC describió el proyecto de modernización como "un gran éxito, logrando todo lo que se esperaba". [52] El consumo de energía por tonelada de cobre blíster 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 US$31,4 millones solo a través de la reducción de los costos de energía, [52] lo que le dio a la modernización un período de recuperación muy corto según los estándares de la industria.
En 2004, la dirección de YCC recibió premios a la Innovación en Gestión de Proyectos y la Medalla Nacional de Proyectos de Alta Calidad del gobierno chino para conmemorar 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/año de concentrado. [1] Chuxiong y Chambishi se pusieron en servicio en 2009. [1] Liangshan se puso en servicio 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 de 2007. [54] Inicialmente seleccionó la tecnología de fundición flash para reemplazar sus hornos de reverbero, a un costo de casi US$1.000 millones; [14] sin embargo, una de las primeras acciones después 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 funcionamiento en 2011. [55] El costo de capital proyectado para la fundición y refinería en 2006 fue de US$178 millones. [56]
Además de tratar concentrados de cobre, los hornos ISASMELT también se han construido para tratar materiales secundarios (chatarra) de cobre.
A principios de los años 1990, el personal técnico de la entonces Union Miniére trabajó con el personal de MIM Holdings para desarrollar un proceso basado en ISASMELT para tratar materiales de desecho y residuos que contenían cobre y plomo. [38] Union Miniére operaba una fundición en Hoboken , cerca de Amberes en Bélgica , que se especializaba en reciclar materiales no ferrosos de desecho. El programa de trabajo de prueba se llevó a cabo utilizando un banco de pruebas ISASMELT en la refinería de plomo de MIM Holdings, Britannia Refined Metals, en Northfleet en el Reino Unido . [38]
El personal de MIM Holdings diseñó una planta de demostración que funcionó durante varios meses en la fundición de Hoboken. [57] La nueva fundición se puso 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 sustituyó a una planta de tostación, una planta de sinterización, una de dos plantas de ácido sulfúrico, un alto horno de cobre y cuatro convertidores de Hoboken. [58] Redujo sustancialmente los costes operativos de 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 materia prima para formar una mata de cobre y una escoria rica en plomo. Luego, la escoria se sangra y la mata de cobre restante se convierte en cobre blíster. [57] La escoria rica en plomo se reduce posteriormente en un alto horno para producir plomo metálico, mientras que el cobre se refina y se recuperan los metales preciosos que contiene. [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] La empresa fue posteriormente comprada por Norddeutsche Affinerie AG , que a su vez se convirtió en Aurubis .
El proceso que se utiliza en la fundición de Lünen consiste en cargar el horno con residuos y chatarra de cobre que contienen entre un 1 y un 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 blíster en el horno ISASMELT. [57] Sin embargo, en 2011 la fundición se amplió como parte del proyecto "KRS Plus". Se utiliza un convertidor rotativo 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 total de cobre en la planta al reducir las pérdidas por escoria, redujo el número de hornos en funcionamiento, disminuyó el volumen de gases residuales y disminuyó el consumo de energía en más del 50%. La capacidad de producción supera el diseño original en un 40%. [57]
Kandanshi
Cobre del Atlántico