Fusión en el Baño

1. Fusión en el Baño Reactor Noranda Convertidor Teniente

2. Reactor Noranda • Cilindro de 4.5 a 5.5 m Diámetro  18-26 m Largo • Ladrillo refractario cromo-magnesita de 0.5 m • Usa Aire enriquecido en O2 (30-50%) • Inyección por toberas 35 – 65 (5-6 cm D) • Alimentación por culata y toberas

3. Productos • Mata de alta ley, 70 – 75% (1200ºC) • Escoria, 3 -7 % Cu • Gases, 15% SO2

6. Proceso Noranda • Alimentación continua de C/coke, pellets de concentrado, circulante y chatarra por un extremo usando una correa de alta velocidad • Soplado de Aire $ (30-50% O2) dentro de la capa de mata fundida a través de 35-65 toberas (5-6 cm D) • 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 a recuperación • Carguío intermitente de escoria de conversión fundida por boca

8. Mecanismos de Reacción • Conc.+Fund. se alimentan por correa y son rápidamente absorbidos y fundidos en el turbulento baño mata/escoria • Gotas de mata densas se oxidan por O2 y óxidos de Cu y Fe durante sedimentación a la capa de mata • Generación de SO2 + CO2/H2O CuFeS2+O2 = Cu2S+FeS+FeO+SO2 • Óxidos de Fe reaccionan con fundente SiO2 formando escoria sobre mata • Se trata chatarra (va a mata), circulante (oxida y va a la escoria)

9. Impurezas • Remoción As y Sb inverso a 80% Cu • Cu(m) presente en mata a alta ley • Alta solubilidad de As y Sb en Cu(l) • Au y Ag se fijan en la mata

10. Fusión Chatarra y Residuos • 20% Scrap • Escorias ricas en Cu, Au y Ag • Cables, alambre, joyería, partes de autos, PC y electrónica

12. Operación y Control • Comienza con el calentamiento del horno con Q.A.P. (1 semana) • Mata es cargada por boca del horno (toberas arriba) • Con 1 m de mata comienza el soplado con toberas en baño oxidando la mata y generando calor • Conc+fund se alimentan iniciando la fusión normal • Mata inicial se prepara fundiendo piezas de mata o conc. de alta ley en otro horno o CPS en desuso • Fusión se detiene prendiendo los Q.A.P y sangrando toda la escoria y luego mata por boca

13. Operación y Control • Carguío de mata fundida al horno • Inicio soplado toberas • Volteo ½ a 2/3 [m] sumergidas mata • Inicio alimentación sólidos • En E.E. se alimenta: • Conc., Scrap y otros a tasas pre -fijadas. • Producción de mata y escoria de composición y temperaturas fijas.

14. Control Composición Mata • Razón = Tasa O2,in/mezcla sólidos in Control Temperatura Mata/Esc • Razón = Tasa C in/mezcla sólidos in Control Composición Escoria • Razón = Tasa Fund in/mezcla sól. In • SiO2/Fe = 2/3

15. Ventajas Sistema de Control • Temperatura del baño nivelado, bajo consumo C y refractario, sube campaña • Mejor control nivel impurezas • Composición mata constante, simplifica operación CPS • Comp. Escoria cte. Simplifica HLE • Flujo y composición de gases a PAS mas predecible y estable

16. Aumento Tasa Producción • Enriquecimiento • Aumenta Flujo O2 (menos N2) • Aumenta oxidación • Aumenta tasa oxidación concentrado • Aumenta tasa de fusión • Disminuye producción CO2/H2O

17. Elección Ley de la Mata • Inicios Directo a Blister (impurezas) • Históricamente de 55 a 75% • Actualmente 70 -73% • Generar Q al oxidar Fe y S dejando FeS para que CPS sea auto térmico • Evitar excesiva retención de As y Sb

18. Fundición Altonorte

19. Reactor Altonorte • Materia prima alimentada (concentrado seco) es fundida y oxidada hasta obtener como productos fundidos “metal blanco” (74 % Cu) y escoria (6% Cu), y gases alta % SO2 (20–25 en boca), son posteriormente tratados en una Planta de Ácido Sulfúrico (capacidad 175.000 Nm3/hr, para 12 % SO2) • Concentrado se seca en Secador Rotatorio (humedad 0.2 %) y es transportado en forma neumática hacia 2 Silos (400 TMS c/u). Desde donde es transportado en forma neumática hacia las toberas de inyección del Reactor, que permiten su alimentación en el seno de la fase fundida • Concentrado húmedo (8% H2O) es conducido, al igual que el fundente, coke y materiales circulante, por un sistema de correas transportadoras hacia las Tolvas de almacenamiento desde donde son alimentados al Reactor vía un Garr-Gun • Escoria fundida del Reactor es transportada en camiones y vaciada a pozos de enfriamiento controlado, luego es transportada a una Planta de Tratamiento de Escoria, en donde se procesa vía molienda – flotación hasta obtener concentrado de escoria ( 32 – 38 % Cu), producto que es retornado al proceso de la Fundición y relave (0.5 – 0.6 % Cu) • El “metal blanco” producido, transportado mediante ollas pendientes de Grúas-puente, es alimentado a CPS, en donde se oxida hasta la producción de cobre blister (99.1 % Cu)

21. Reactor Continuo Fundición Altonorte • Opera con inyección de concentrado seco vía toberas (operación normal) o con carga húmeda, vía Garr Gun • Está equipado con 6 paneles de puerta toberas, con 11 toberas c/u, (se utilizan solo 5) • Cuenta con 5 toberas de inyección, ubicadas en los extremos de los paneles • Descarga de MBco se lleva a cabo por 2 sangrías (culata opuesta a la boca de gases y manto entre las toberas y la boca de gases) en ollas de 5 m3 (útil 4.2 m3 o 23 ton) que son transportadas a los CPS por medio de grúas. • Escoria es descargada por una sangría ubicada en la culata cercana a la boca de gases en una olla de 11 m3 que es trasladada vía camión a camas de enfriamiento (mini tranques) • En estas camas, es sometida a un ciclo de enfriamiento controlado previo a su futuro tratamiento en la Planta de Tratamiento de Escorias (PTE) vía el proceso de Flotación y así obtener las mejores recuperaciones de cobre

23. Alimentación • La inyección de concentrado al Reactor es continua • Capacidad de inyección total al Reactor es de 160 t/h • La razón del aire a sólido inyectado es de 6 Nm3/t conc • El sistema de alimentación de carga fría o húmeda vía Garr Gun, permite la alimentación de concentrados húmedo, sílice, carbón y circulantes • Estos materiales son almacenados en la cancha de almacenamiento de materiales y son enviados vía correas transportadoras a las tolvas de almacenamiento diario del Reactor desde donde son alimentada vía Garr Gun dependiendo de los requerimiento del proceso • La alimentación de concentrado húmedo al Reactor se lleva a cabo cuando existe un déficit de concentrado o cuando la operación lo requiere para controlar algunas de las variables • El aire de proceso o aire de soplado es proporcionado por un turbosoplador dedicado capaz de alimentar 60000 Nm3/h a 22.5 psig a las toberas del Reactor. • El aire de soplado se puede enriquecer hasta 40%, el O2 es suministrado desde 2 Plantas 250 y 300 TMF día cada una

24. Filosofía de Control • El objetivo del Control Operacional del Reactor Continuo Altonorte es mantener el Reactor en un punto estable y consistente con la cantidad y calidad de los recursos disponibles • La filosofía de control esta orientada a operar el Reactor dentro de los márgenes establecidos para cumplir con las metas y objetivos operacionales y evitar episodios críticos

25. Objetivos • Producir un Metal Blanco con una determinada concentración de Fe • Producir una escoria con una determinada razón Fe/SiO2 y bajo contenido de Cu • Mantener el metal blanco a una determinada temperatura. • Mantener los niveles del metal blanco y la escoria dentro de los rangos establecidos

26. Control de Variables • Las variables de control de la operación son: • Control de Hierro en el Metal Blanco (3.5 % Fe). • Se realiza un balance de O2 en el Reactor, para calcular la razón de alimentación de concentrado base necesaria para mantener el contenido de Fe en el MBco dentro de los niveles establecidos como meta en la operación y recomienda al operador el nuevo valor de alimentación • Control de razón Fe/SiO2 en la escoria • Fe/SiO2 = 1.4 para lograr este objetivo, la escoria se muestrea cada 1 h (sangrado) y analiza para ajustar la alimentación de Sílice a la recomendación del Balance • Control de temperatura del baño de metal blanco • Alimentación de inertes, conc. de escoria, circulantes, mata • Control de nivel del baño del Reactor • El nivel de MBco se mide cada 1 h, de acuerdo a los niveles medidos dependerá la extracción de MBco. El método utilizado para la medición de nivel consiste en una barra de hierro de 1” de diámetro y forrar esta con papel (cinta masking) e introducir esta barra durante 1 minuto en el baño

27. Convertidor Teniente • Usa eje semilla de Reverbero • Inyecta concentrado Seco y alimenta concentrado húmedo sobre el baño • No usa carbón • Mata 72 a 77% se sangra por la culata alimentación mas que por manto

28. Convertidor Teniente Actual • Desde la ultima década del siglo XX la fusión es libre de eje semilla desde otro proceso • Se pretende instalar en África y Norte América • Pronto alcanzara el 15% de la fusión mundial

33. Proceso • 4-5 m D x 14 – 22 m L • Acero 5 [cm] esp + 50 [cm] ladrillo • 30 – 50 toberas 5-6 [cm] diámetro • Aire $O2 (30 – 32%) • Alim. Sólidos (conc., fund, circulante por garr – gun a alta presión) • Concentrado Seco 4-5 toberas especiales • Mata a CPS • Sangría escoria culata optimiza alimentación a HLE • Gases a PM, ER, PES, PAS

34. 1) Convertidor Teniente. (2) Campana Refrigerada. (3) Precámara y pantalla matapolvo. (4) Enfriador Radiativo. (5) Precipitador electrostático