Uso de un horno de fusión ISASMELT en Fundición de concentrado de UST-KAMENOGORSK, Kazajistán.

Resumen En julio del 2011 una nuevo horno de fusión isasmelt, fue puesto en servicio en Kazzinc Ltd’s Metallurgical Complex en Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan. Esto fue parte de un pequeño proyecto de remodelación, situado dentro de un complejo metalúrgico existente. Kazzinc había sido hasta ese este tiempo el principal productor de zinc y plomo, por lo que todo el circuito de cobre fue nuevo, desde la mezcla de alimentación hasta los paquetes de cátodos. Dentro de 14 meses se estaba logrando el diseño de capacidad de producción.

Para que el proyecto sea llevado a buen término, numerosos desafíos tenían que ser cumplidos: Nueva tecnología tuvo que ser llevada a la republica de Kazajistán donde los grupos de operaciones locales tenían que aprender a operarla, El complejo de concentrado polimetálico de la región este de Kazajistán tuvo que ser fundido sin comprometer la velocidad de producción o la calidad del producto; y el circuito de producción de cobre tuvo que ser integrada dentro del complejo metalúrgico global para obtener mayores beneficios de la naturaleza polimetalica de las materias primas.

Este artículo describe como el horno de fusión de cobre ISASMELT encajo en esta estrategia y como las acciones coordinadas del personal de kazzinc y Xtrata techology llevaron este proyecto a buen término.

Introducción.Anteriormente parte de la unión soviética, la republica de Kazajistán ha sido una nación independiente por más de 20 años. Es el mayor país sin salida al mar por superficie, siendo más grande que Europa occidental. Tiene una riqueza de recursos minerales extendida a lo largo de todo el país. Kazzinc Ltd es un importante productor de zinc totalmente integrado, establecido en 1997 a través la unión de tres compañías metálicas no ferrosas principales del este de Kazajistán. Además de zinc, los concentrados de las minas de Kazajistán contienen cantidades significativas de plomo, cobre y metales preciosos. La capital de la provincia este de kazajistan es Ust- Kamenogorsk, una ciudad de alrededor de 350.000 personas, que ha sido un centro para el transporte y el procesamiento de concentrado de metales bases por más de un siglo. Desde 1943, Ust-Kamenogorsk también ha sido el hogar para un complejo de multi -fusión metalúrgica, (nose si quiere decir una fundición de diferentes metales o que tiene muchas fundiciones) especialistas en la producción de zinc, plomo, plata, oro, antimonio, bismuto y varios otros sub productos. The Ust-Kamenogorsk Metalulurgic Complex (UKMC) es uno de los propietarios de Kazzinc, y en 2005 cuando kazzinc deseo agregar una fundición y refinería de cobre a UKMC, esto acerco a Xtrata Technology para proveer la tecnología del ISASMELT e ISA PROCESS para la nueva planta de cobre.

A pesar de la rica historia de fundición de UKMC, El cobre no ha sido previamente el principal producto, Alrededor de 5.000 tpa de cobre blíster fue producido como sub producto de la

fundición de plomo. Una planta completamente nueva era requerida para la fundición y refinación de cobre. La nueva planta podría ser similar a un proyecto de nueva creación, excepto que la localización en un complejo metalúrgico mayor tenía todas las complicaciones asociadas a un Brownfield proyecto de expansión. El concepto de la nueva planta de cobre era que debía tener una capacidad de producción nominal de 70.000 tpa de cátodo de cobre, ser capaz de tratar concentrados de cobre polimetálico y una gama de sub productos de zinc y plomo refinado, ser tolerante a elementos de fluctuaciones menores, y ser realmente expansible en el futuro.

Para el cobre primario el horno de fusión, un ISASMELT fue una elección lógica para cumplir este objetivo. Durante el transcurso de los siguientes 6 años, muchas cosas cambiaron en la evaluación del proceso, localización, diseño, construcción y la comisión de la planta de cobre, pero los objetivos originales del proyecto se mantuvieron sin cambios.

Con una capacidad de solo 70.000 tpa de cobre, la fundición de UKMC fue destinada a ser pequeña por los estándares mundiales, y sujeto a un alto carjo fijo: costos variables. Para que el proyecto tuviera sentido, la característica clave seria que la fundición podría operar bien en un suministro fluctuante de concentrado polimetálico de origen local de las minas de kazzinc, recuperar los metales preciosos dentro del concentrado y eliminar la transportación y costos de penalización asociado a la venta de concentrado a terceros.

DiscusiónDescripción de la planta.

La fundición de cobre en UKMC tiene un diagrama de flujo convencional. El concentrado fundido es realizado en el horno ISASMELT, la materia es convertida en uno o dos CPS (convertidores Pierce-Smith), y la refinación a fuego ocurre en dos hornos de ánodo antes del moldeo de ánodo. La planta de ácido sulfúrico es capaz de aceptar el gas proveniente del horno ISASMELT y un soplado de CPS. El diagrama de flujo se muestra sistematicamente en la fifura 1.

Dentro de este diagrama de flujo, La eliminación de impurezas se produce a través de un sangrado de escoria dedicado en un soplado de cobre en el CPS y a través de los polvos producidos en el horno de fundición. El reciclaje directo de corrientes de polvo fue calculado como poco práctico debido a la acumulación de elementos de impureza volátil. En lugar de ello, una instalación metalúrgica existente se modificó para realizar deberes de lixiviación de polvo, de este modo eliminando los elementos indeseados y producir un cemento de cobre claro que podría ser reciclado para la fundición.

Alimentación fundición

Entre países de la ex unión soviética, La más alta designación de pureza de comercialización de cátodo de cobre es conocida como grado MOOK, con especificaciones técnicas comparables con el cobre grado A LME. La base del diseño de la fundición y reiniciación de cobre de UKMC fue para producir cátodos gado MOOK de una alimentación de concentrado que contiene cantidades significantes de plomo, arsénico, bismuto, y antimonio. Se ha notado que en otra parte (1) que la habilidad del horno ISASMELT para tolerar y eliminar los elementos de impureza volátiles era de beneficio para la fundición de cobre de Kazzinc. El comportamiento de impurezas para productos intermedios y corrientes de reciclaje fue considerado durante la fase de diseño. Los análisis para los mayores elementos del diseño de la alimentación de la fundición son mostrados en la tabla 1.

Planta de cobre ISASMELT

La planta de cobre ISASMELT en UKMC abarca el suministro de materias primas en el horno ISASMELT y el manejo de los gases de escape y los materiales fundidos producidos en la fundición. El diagrama de flujo, muestra sistemáticamente en la figura 2, es similar a las plantas que se han sido descritas previamente [2,3]. Una variedad de concentrados son mezclados en una planta de mezclado, y el concentrado mezclado es cargado dentro de uno de dos contenedores de concentrado usando un overhead grab crane (grua de sobrecarga). Desde los contenedores de alimentación el concentrado es ingresado al horno ISASMELT. Los contenedores de alimentación también son usados para disponer cantidades pesadas de carbón, reverts (no sé que es), fundente de caliza y fundente de sílice sobre una correa transportadora para el horno ISASMELT. La mezcla de alimentación húmeda es cargada desde el final de la correa a través de un puerto de ventilación

en el techo del horno y dentro de un baño fundido agitado más abajo. El techo del horno es una parte integral de la caldera de calor residual.

Entrega del aire de proceso y grandes cantidades de oxigeno (98% de pureza) para el inyector del ISASMELT es controlado automáticamente por un sistema de control de distribución (DCS) que es usado en todo la operación de fundición. La inyección en el baño de escoria fundida también es controlada por este sistema, de modo que la punta del inyector esta siempre en una posición optima en el baño fundido independiente del nivel de baño.

La mata y la escoria producida en el horno ISASMELT son intervenidas intermitentemente desde un solo bloque refrigerado por agua en la base del horno ISASMELT. Este flujo entra a un horno eléctrico de asentamiento localizado al costado del horno ISASMET. El diseño del grado de mata fue 60% pero Kazzinc ha encontrado que un balance óptimo de producción puede ser alcanzado usando aproximadamente 55 – 58% en la mata.

Los gases emitidos en el proceso salen a través de un agujero ubicado en la parte superior del horno ISASMELT y pasa a una caldera de calor residual. El gas enfriado sale de la caldera aproximadamente a 350°C y se le extrae el polvo en un precipitado electroestático.

Transferencia de tecnología

En el mundo de la pirometalurgia, las plantas cambian, los diagramas de flujos y las prácticas aceptadas son usualmente lento. Transferencia de tecnología, innovación e implementación de nuevas tecnologías siempre afronta desafíos técnicos. Una fortaleza importante de la tecnología ISASMELT es que ha tenido capacidad y versatilidad para ser incorporada dentro de nuevas aplicaciones innovadoras, por clientes de todo el mundo.

El equipo de gestión de la fundición hizo preparaciones para mejorar la aceleración de fundición de cobre, y para integrar efectivamente tecnología extranjera dentro de las operaciones y prácticas de gestión de UKMC. En el caso de la planta de cobre ISASMELT, el proceso transferencia de tecnología fue asistido por una inversión significativa tanto de tiempo y de personas en la capacitación de operaciones y mantenimiento de personal, como ha sido practicado por otros licenciados ISASMELT [4]. Formación teórica en las salas de clase, la formación práctica en otras plantas licenciatario ISASMELT ™, e in situ la formación práctica fueron empleados para el beneficio del personal Kazzinc.

Alrededor de 3 meses de formación práctica que se realizaron en la fundición de cobre Xstrata copper in Mount isa, Australia. Allí, el personal de Kazzic recibió con manos valiosa formación de operaciones con experiencia y personal de mantenimiento. Esto permitió a los aprendices convertirse en operadores capacitados y entender los programas básicos del horno ISASMELT y técnicas de operación. En la cumbre del programa de capacitación de Mount Isa, la delegación de aprendices Kazzinc, supervisores e intérpretes numerados fue 45 en total, requiriendo una organización cuidadosa para manejar sus horarios de actividades y que el entrenamiento fuera efectivo y seguro.

Complementario al curso de capacitación en Mount Isa, el personal de Kazzinc visito la planta de fundición cobre ISASMELT de Mopani, ubicada en Mufulira en el cinturón de cobre de Zambia. Una característica atractiva de este curso de capacitación fue un vendedor común (SMS Siemag AG) fue elegido para el horno eléctrico de sedimentación en ambos UKMC y la fundición Mufulira, de este modo los practicantes de Kazzinc fueron capaces de desarrollar experiencia en la operación integrada de un horno ISASMELT con 3-in-line de horno eléctrico de sedimentación.

En adición para la completa capacitación en planta piloto, los ingenieros en sistema de control pasaron varias semanas con especialistas de Xtratata Technology in Brisbane. Australia para colaborar en la configuración y pruebas del DCS, que es el corazón de la operación de ISASMELT. La capacitación que ellos recibieron durante este tiempo ayudo para asegurar que el grupo local de mantención fuera capaz de participar completamente en la puerta en marcha de la planta.

En los tres meses finales anteriores a la puerta en marcha de la fundición, cuando la planta de cobre ISASMELT estaba lista para correr, pero los retrasos menores afectado a los equipos aguas abajo, impidió la puesta en marcha, personal de Kazzinc y Xtrata Technology organizaron numerosos ejercicios de entrenamiento de planta para los operadores de ISASMELT. Estos varían

en sofisticación de artículos desde equipos individuales hasta la planta entera, incluyendo el transporte vivo y control de todos los flujos de material de entrada.

A lo largo de todo el diseño, adquisición, construcción, instalación, puerta en marcha, periodo de aceleración, el personal kazzinc beneficiado de asistir al licenciatario ISASMELT,Talleres realizados en india, peru, belgium y zambia, y del intercambio de información que fue posible con sus compañeros y miembros licenciatarios de otros países y otras empresas. La puesta en marcha de una nueva fundición es siempre una tarea compleja y difícil, y hay comodidad y alivio que se puede tener discutiendo con otras de sus experiencias pasadas y consejos para el éxito.

Puesta en marcha planta

Para un complejo de fundición y refinación de cobre completamente nuevo, especialmente en un clima frio, la puesta en marcha de una planta no es solo un evento que toma lugar en un día en particular. Por necesidad las actividades abarcan muchas semanas como diferentes partes del diagrama de flujo se ponen en producción. Planta y equipamiento por temporadas se ponen en funcionamiento en horarios propios, tales como concentrarse en cobertizos descongelación, calentadores o ventiladores de construcción, plantas de calefacción de vapor y suministro de combustible para los equipos. El concentrado es entregado, almacenado y semanas mezclados antes de su consumo. Un inventario de ánodos debe acumularse en una refinería electrolítica antes que secciones enteras de las celdas puedan ser cargadas juntas.

En UKMC los grupos de operaciones implementaron una práctica astuta de puesta en marcha en toda la planta de ácido sulfúrico (diseñada por SNC LAVALIN) al lado de la fundición de cobre. Esto fue posible por ductos de interconexión con plantas de fundición no ferrosas y el suministro de gases ricos en SO2 por varios meses antes de la puesta en marcha de la fundición. Del mismo modo la unidad de separación de aire (diseñado por Cryogenmash) también fue encargada y operada a plena capacidad suficiente, adelantando su deber necesario para la fundición de concentrado

En parte debido al cuidado y la planificación que ocurrió durante la pre-puesta en marcha. UKMC alcanzo el 100% de la capacidad del diseño de la planta de cobre ISASMELT, medido sobre una base de turnos de 8 horas, dentro de unos pocos días de la primera alimentación al horno ISASMELT. Sin embargo, el trabajo de aumento gradual para una producción completa no termina ahí. El siguiente año de operación transcurrió alcanzando consistencia y fiabilidad a través de toda la fundición de cobre, cualidad que son necesarias para una operación de planta estable. El personal de Xtrata Technology proporciono alguna ayuda en este esfuerzo, siempre que se pregunte para realizarlo. Durante las primeras semanas después de la decisión de calentar el horno ISASMELT Xstrata Technology fue capaz de asistir toda la operación de cambio de (personal o equipo), con dos especialistas por turno durante las 24 horas del día. La asistencia requerida disminuyo significativamente a medida que los grupos de operaciones ganaban experiencia y capacidades en sus tareas, y han continuado para optimizar y mejorar las operaciones de fundición desde entonces.

Operation

Estadísticas de operación de un típico mes en la planta de cobre ISASMELT, tomada 7 meses después de la puesta en marcha, son mostradas en la tabla 2. Para la producción media mensual sea mayor que 80% del diseño de la capacidad a pocos meses de operación, es claro que la gran proporción de prácticas de operación, selección de equipo, instalación y puesta en marcha debió haber sido realizada con precaución y minuciosidad.

Variación en la alimentación de la fundición

Una de las principales ventajas identificadas por Kazzinc en implementar el proceso ISASMELT fue la habilidad para procesar una amplia gama de composiciones de concentrado de cobre. De hecho la composición de la alimentación disponible para comenzar la operación de fundición (véase tabla3) se desvió significativamente de la base de diseño para ciertos elementos. Las diferencias incluyen un aumento proporcional de plomo y antimonio en el concentrado actual en más de un 50%, y una disminución proporcional de sílice en el actual concentrado en más de un 50%, comparado con el concentrado diseñado.

El bajo nivel de sílice en el concentrado de cobre requiere la simple acción de adicionar mayor cantidad de material fundente de sílice. El incremento del nivel de antimonio en el concentrado puede ser tarea hizo la tarea de producir cátodos grado MOOK mas desafiantes.

El aumento en el nivel de plomo en el concentrado, que era razonablemente alta para comenzar, requería modificaciones en el diagrama de flujo y estrategias de gestión después de que el proceso de puesta en marcha estaba completo. La principal estrategia para hacer frente a las altas cargas de plomo era que había que instalar una sufrida etapa de molienda y flotación de la escoria desde el final de cada soplado de cobre en un CPS. Este enfoque aproche la acumulación de recirculación de plomo que ocurrió cuando la escoria estaba cargada en el horno eléctrico de sedimentación para reducción electrotermica.

En combinación, estas medidas han sido suficiente para prevenir problemas, tales como: generación involuntaria de lingotes de plomo por reducción química de escoria en el horno eléctrico de sedimentación, y la fundición se ha sentado en el rol de tratamiento de concentrado de cobre, plomo-cargado sin grandes dificultades. En particular, la caldera de calor residual para el horno de cobre ISASMELT (diseñada por Foster Wheeler) no ha experimentado problemas atribuibles a la composición del concentrado. Las preocupaciones planteadas durante la planificación del proyecto que los componentes internos de la caldera seria recubierta con acumulaciones de rodamientos de plomo (de donde salen esos rodamientos jaja?), lo que reduce su eficiencia de transferencia de calor, lo cual resulto sin fundamentos. La atención cuidadosa para el diseño detallado del tamaño de la caldera o taza de traspaso, forma y perfil de flujo, han permitido a Kazzinc tener un fuerte sistema de descarga de gas para su horno de cobre ISASMELT.

Conclusión

El complejo metalúrgico de Ust-Kamenogorsk ha puesto en servicio una nueva fundición y refinación de cobre, procesando mayormente sus propias minas e instalaciones metalúrgicas. La nueva planta fue concebida con una visión futura de concentrado polimetálico siendo un componente principal en el material de alimentación.

El personal de Kazzinc y Xtrata technology trabajaron juntos en un extenso programa de capacitación y actividades de pre-puesta en marcha para preparar a las personas y equipos de planta para sus respectivos roles de operación en planta. La planta comenzó bien, y continuo así. Existen planes para expandir la capacidad de producción de la planta en el futuro y la planta está diseñada para acomodarse a tal expansión en caso de ser requerido.