Tendencias en pirometalurgia del cobre al inicio del siglo XXI

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

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

3. Fundici�n flashFundici�n en ba�oConversi�n

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

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

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

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

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

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

10. Fundici�n de Toyo

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

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

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

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

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

16. Proceso Mitsubishi Aumentos de producci�n en Onsan y Gresik � Capacidad anual de procesamiento de concentrados cerca de un mill�n de toneladas en un s�lo horno de fundici�n. Capacidad del horno ampliada, aumentando el enriquecimiento de O2 del aire de reacci�n, el n�mero y di�metro de lanzas de inyecci�n y mejorando el enfriamiento de la estructura refractaria del horno.

17. TSL � Isasmelt, Ausmelt TSL - Alta intensidad; flexible; opera dentro de amplios rangos de temperatura y pO2. Isasmelt Comercializada en 1992. R�pido aumento de capacidad de fundici�n del horno, alcanzando el mill�n de toneladas por a�o en corto tiempo. Ilo � Quinta fundici�n que adopta Isasmelt.

18. �Los avances en control del proceso, logrados en m�s de 13 a�os de operaci�n en Mount Isa, han culminado con el desarrollo de un sistema que, entre otras metas, ha permitido minimizar el desgaste de refractarios. Este tipo de desarrollo s�lo puede lograrse a lo largo de a�os de trabajo en planta.� Cita de un trabajo publicado por Isasmelt que explica la t�cnica usada por esta empresa para desarrollar tecnolog�a. (Simposio �Sulphide Smelting�, TMS, San Diego, 2006)Cita de un trabajo publicado por Isasmelt que explica la t�cnica usada por esta empresa para desarrollar tecnolog�a. (Simposio �Sulphide Smelting�, TMS, San Diego, 2006)

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

20. Dos posibles productos Semiblister - Operaci�n con tres fases condensadas (semiblister, MB y escoria). La pO2 es fija, 10-6 - 10-7 atm. Compatible con escoria fayal�tica Blister (0.2-0.8% S) - Operaci�n con dos fases condensadas (cobre blister y escoria). La pO2 es variable, 10-5 a 10-6. Requiere otro tipo de escoria.

21. Tres procesos industriales Mitsubishi (1974) - Mezcla aire/O2 inyectada v�a lanzas sobre la superficie del ba�o; produce blister. Kennecott OKO (1996) - Conversi�n flash; produce blister. Noranda (1997) - Mezcla aire/O2 inyectada v�a toberas en el ba�o; produce semiblister.

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

23. Convertidor Noranda (NCV) Tiempo soplando entre reparaciones - 85%. Toda la mata del reactor Noranda es procesada en el convertidor continuo. Convertidores PS sirven como hornos de retenci�n de semiblister y de eliminaci�n de S. Gas del convertidor va a planta de �cido.

24. NCV: Ciclo de Reparaci�n

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

26. Ausmelt (C3) Alimentaci�n - Mata granulada 55-70% Cu Escoria - SiO2-FeOx-CaO (5-20%)-Cu2O Blister - 0,2-0,8% S (%Cuesc 10-25%) Gas oxidante - 30-35 vol% O2 Gas de salida - 20-25 vol% SO2 Capacidad proyectada - Similar a la del convertidor flash. Comercializaci�n � Segundo semestre 2007. Los datos est�n basados en 3 a�os de campa�as en un horno piloto de 0,5m de di�metro. Al igual que el convertidor flash, el Ausmelt opera con mata s�lida, de modo que el horno de fusi�n primaria y el convertidor pueden operar independientemente el uno del otro. Pero la mata alimentada al convertidor Ausmelt no reuiere molienda y secado. La escoria �oliv�nica� que utiliza es m�s viscosa que la escoria ferr�tica, pero esto no causa problema en un sistema con agitaci�n intensa. Al igual que en los procesos Mitsubishi y flash, el contenido de S residual en el cobre blister es funci�n de la presi�n parcial de oxigeno con que se opera, la que a su vez afecta el contenido de Cu de la escoria. Opera con gas de reacci�n con 30-35 vol% de O2 y el gas de proceso contiene 20-25 vol% de SO2. La capacidad de procesamiento de mata estimada indica que un horno Ausmelt C3, con 5m de di�metro y 10m de altura, tendr�a capacidad similar o m�s alta que la capacidad probada del convertidor flash de la fundici�n de Utah.. Se espera que la puesta en marcha del primer horno Ausmelt C3 industrial ocurra en el segundo semestre del 2007. Los datos est�n basados en 3 a�os de campa�as en un horno piloto de 0,5m de di�metro. Al igual que el convertidor flash, el Ausmelt opera con mata s�lida, de modo que el horno de fusi�n primaria y el convertidor pueden operar independientemente el uno del otro. Pero la mata alimentada al convertidor Ausmelt no reuiere molienda y secado. La escoria �oliv�nica� que utiliza es m�s viscosa que la escoria ferr�tica, pero esto no causa problema en un sistema con agitaci�n intensa. Al igual que en los procesos Mitsubishi y flash, el contenido de S residual en el cobre blister es funci�n de la presi�n parcial de oxigeno con que se opera, la que a su vez afecta el contenido de Cu de la escoria. Opera con gas de reacci�n con 30-35 vol% de O2 y el gas de proceso contiene 20-25 vol% de SO2. La capacidad de procesamiento de mata estimada indica que un horno Ausmelt C3, con 5m de di�metro y 10m de altura, tendr�a capacidad similar o m�s alta que la capacidad probada del convertidor flash de la fundici�n de Utah.. Se espera que la puesta en marcha del primer horno Ausmelt C3 industrial ocurra en el segundo semestre del 2007.

27. Convertidor PS? Intenso, flexible (procesa materiales secundarios). Alrededor del 85% del cobre blister producido en convertidores PS/Hoboken. Flujo de gas de proceso m�s estable y con m�s alto contenido de SO2. Buena captaci�n de emisiones fugitivas -Fundiciones con convertidores PS emiten <0,1% del S en la materia prima. Mayor n�mero de cargas tratadas entre reparaciones en fr�o. Costo de capital del reemplazo del convertidor PS.

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

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

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