ISASMELT - ISASMELT

A capacidade instalada de alimentação dos fornos Isasmelt cresceu à medida que a tecnologia foi sendo aceita em fundições em todo o mundo. Gráfico cortesia da Xstrata Technology.

O ISASMELT processo é uma eficiência energética de fundição processo que foi desenvolvido em conjunto desde 1970 até a década de 1990 por Mount Isa Mines (uma subsidiária da MIM Holdings e agora faz parte da Glencore ) eo Governo da Austrália do CSIRO . Tem custos operacionais e de capital relativamente baixos para um processo de fundição.

A tecnologia ISASMELT foi aplicada à fundição de chumbo, cobre e níquel. Em 2021, 22 fábricas estavam em operação em onze países, juntamente com três fábricas de demonstração localizadas em Mt Isa. A capacidade instalada de plantas operacionais de cobre / níquel em 2020 foi de 9,76 milhões de toneladas por ano de matérias-primas e 750 mil toneladas por ano em plantas operacionais de chumbo.

As fundições baseadas no processo ISASMELT de cobre estão entre as fundições de cobre de menor custo do mundo.

O forno ISASMELT

Um forno ISASMELT é um recipiente de aço cilíndrico vertical revestido com tijolos refratários. Existe um banho fundido de escória, mate ou metal (dependendo da aplicação) no fundo do forno. Uma lança de aço é baixada no banho através de um orifício no teto da fornalha, e o ar ou ar enriquecido com oxigênio que é injetado através da lança no banho causa uma agitação vigorosa do banho.

Vista em corte de uma fornalha Isasmelt. Imagem cortesia da Xstrata Technology.

Os concentrados minerais ou materiais para reciclagem são despejados no banho através de outro orifício no teto do forno ou, em alguns casos, injetados na lança. Esses materiais de alimentação reagem com o oxigênio do gás injetado, resultando em uma reação intensiva em um pequeno volume (em relação a outras tecnologias de fundição).

As lanças ISASMELT contêm um ou mais dispositivos chamados "redemoinhos" que fazem com que o gás injetado gire dentro da lança, forçando-o contra a parede da lança, resfriando-a. O redemoinho consiste em pás curvas em torno de um tubo central formando um fluxo anular. Eles são projetados para minimizar as perdas de pressão alterando o ângulo de axial para tangencial, criando assim um vórtice forte. O vórtice ajuda a misturar líquidos e sólidos com oxigênio no banho. O efeito de resfriamento resulta em uma camada de "congelamento" de escória na parte externa da lança. Esta camada de escória sólida protege a lança das altas temperaturas dentro do forno. A ponta da lança submersa no banho eventualmente se desgasta, e a lança gasta é facilmente substituída por uma nova quando necessário. As pontas desgastadas são subsequentemente cortadas e uma nova ponta soldada no corpo da lança antes de retornar ao forno.

Os fornos ISASMELT normalmente operam na faixa de 1000–1200 ° C, dependendo da aplicação. Os tijolos refratários que formam o revestimento interno do forno protegem a casca de aço do calor dentro do forno.

Os produtos são retirados do forno por meio de um ou mais "furos de conexão" em um processo denominado "rosqueamento". A remoção pode ser contínua ou em lotes, com os furos sendo tapados com argila na ponta da torneira, e depois reabertos por perfuração ou com lança térmica na hora da próxima torneira.

Os produtos podem ser separados em um recipiente de decantação, como um forno rotativo de espera ou um forno elétrico.

Durante a fusão de concentrados de sulfeto, a maior parte da energia necessária para aquecer e derreter os materiais de alimentação é derivada da reação do oxigênio com o enxofre e o ferro no concentrado. No entanto, é necessária uma pequena quantidade de energia suplementar. Os fornos ISASMELT podem usar uma variedade de combustíveis, incluindo carvão, coque, coque de petróleo, petróleo e gás natural. O combustível sólido pode ser adicionado através do topo do forno com os outros materiais de alimentação, ou pode ser injetado na lança. Combustíveis líquidos e gasosos são injetados na lança.

Vantagens do processo ISASMELT

Um forno ISASMELT é normalmente alimentado com concentrado úmido caindo de uma correia transportadora para o forno. Imagem cortesia da Xstrata Technology.

As vantagens do processo ISASMELT incluem:

  • Alta produtividade com uma pegada pequena: a fundição de cobre da Glencore em Mount Isa trata mais de 1 milhão de t / ano de concentrado de cobre por meio de um único forno de 3,75 m de diâmetro. A pequena pegada torna o processo bem adequado para retrofit para fundições existentes, onde há restrições de espaço significativas
  • Operação simples: o forno ISASMELT não requer preparação extensiva de alimentação, pois a alimentação pode ser descarregada de um transportador de correia diretamente para o forno
  • alta eficiência energética: a instalação de um forno ISASMELT na fundição de cobre Mount Isa reduziu o consumo de energia em mais de 80% (através do melhor uso da energia inerente contida no concentrado de sulfeto) em comparação com os fornos torradores e reverberatórios anteriormente usados ​​lá
  • Flexibilidade nos tipos de alimentação: os fornos ISASMELT têm sido usados ​​para fundir concentrados de cobre, chumbo e níquel com uma ampla gama de composições, incluindo altos níveis de magnetita e materiais secundários, como sucata de cobre e pasta de bateria de chumbo-ácido
  • Flexibilidade nos tipos de combustível: os fornos ISASMELT podem operar com uma variedade de combustíveis, incluindo carvão granulado de vários graus, coque (granulado ou fino), coque de petróleo, óleo (incluindo óleo reciclado), gás natural e gás de petróleo liquefeito, dependendo de qual é o mais econômico na localização da fundição
  • Alta taxa de redução: a taxa de alimentação para uma única instalação ISASMELT pode ser facilmente ampliada ou reduzida, dependendo da disponibilidade de concentrado e das necessidades da fundição
  • Baixo transporte de alimentação: os fornos ISASMELT normalmente perdem cerca de 1% da alimentação como transporte com o gás residual, o que significa que há menos material que precisa ser devolvido ao forno para retratamento
  • Contenção eficaz de emissões fugitivas: como o forno tem apenas duas aberturas na parte superior, quaisquer emissões fugitivas podem ser facilmente capturadas
  • Alta eliminação de elementos menores deletérios: devido à ação de descarga dos gases injetados nas escórias do forno ISASMELT, os fornos ISASMELT de cobre têm uma alta eliminação de elementos menores, como bismuto e arsênico, que podem ter efeitos deletérios nas propriedades do produto cobre
  • Alta concentração de dióxido de enxofre no gás residual: o uso de enriquecimento de oxigênio dá às plantas ISASMELT altas concentrações de dióxido de enxofre no fluxo de gás residual, tornando as plantas de ácido mais baratas de construir e operar
  • Custo operacional relativamente baixo: a eficiência energética do processo, a preparação simples da alimentação, a relativa falta de peças móveis, baixas taxas de transferência de alimentação, baixa necessidade de mão de obra e a facilidade de substituição de lanças e revestimentos refratários quando estão desgastados dão ao ISASMELT processar custos operacionais relativamente baixos
  • Custo de capital relativamente baixo: a simplicidade da construção dos fornos ISASMELT e a capacidade de tratar o concentrado sem secar o tornam mais barato do que outros processos de fundição.

História do processo

Trabalho de desenvolvimento inicial (1973-1980)

A história do processo ISASMELT começou com a invenção em 1973 da lança Sirosmelt pelos Drs Bill Denholm e John Floyd no CSIRO. A lança foi desenvolvida como resultado de investigações sobre processos de fundição de estanho aprimorados, nos quais foi descoberto que o uso de uma lança submersa de entrada pelo topo resultaria em maior transferência de calor e eficiências de transferência de massa.

A ideia de lanças submersas de entrada superior remonta a pelo menos 1902, quando tal sistema foi tentado em Clichy, França. No entanto, as primeiras tentativas falharam devido à curta duração das lanças na submersão no banho. O processo de fundição de cobre da Mitsubishi é uma abordagem alternativa, em que as lanças são usadas em um forno, mas não são submersas no banho. Em vez disso, eles sopram ar enriquecido com oxigênio na superfície da escória (jato superior). Da mesma forma, uma lança de jato superior resfriada a água foi a base do processo de fabricação de aço LD ( Linz-Donawitz ). Isso não produz a mesma intensidade de mistura no banho que uma lança submersa.

Os cientistas do CSIRO primeiro tentaram desenvolver um sistema de lança submersa usando um sistema de lança resfriado a água, mas mudaram para um sistema resfriado a ar porque "aumentar a escala da lança resfriada a água teria sido problemático". A introdução de qualquer água em um sistema envolvendo metais derretidos e escórias pode resultar em explosões catastróficas, como a da Usina Scunthorpe em novembro de 1975, na qual 11 homens perderam a vida.

A inclusão dos turbilhões na lança Sirosmelt e a formação de uma camada de respingo de escória na lança foram as principais inovações que levaram ao desenvolvimento bem-sucedido da fundição com lança submersa.

A partir de 1973, os cientistas do CSIRO começaram uma série de testes usando a lança Sirosmelt para recuperar metais de escórias industriais na Austrália, incluindo escória de amaciante de chumbo na Broken Hill Associated Smelters em Port Pirie (1973), escória de estanho da Associated Tin Smelters em Sydney ( 1974), escória de conversor de cobre na Refinação e Fundição Eletrolítica ("ER&S") da planta de Port Kembla (1975) e escória de forno de ânodo de cobre na Copper Refineries Limited (outra subsidiária da MIM Holdings) em Townsville (1976) e escória de conversor de cobre em Mount Isa (1977). O trabalho então prosseguiu para a fundição de concentrados de estanho (1975) e, a seguir, de concentrados de estanho sulfídico (1977).

A MIM e a ER&S financiaram conjuntamente os testes de tratamento de escória do conversor de Port Kembla em 1975 e o envolvimento da MIM continuou com o trabalho de tratamento de escória em Townsville e Mount Isa.

Paralelamente ao trabalho de tratamento da escória de cobre, a CSIRO continuou a trabalhar na fundição de estanho. Os projetos incluíram uma planta de cinco toneladas ("t") para recuperar estanho da escória sendo instalada na Associated Tin Smelters em 1978, e o primeiro trabalho de teste de fundição sulfídica sendo feito em colaboração com a Aberfoyle Limited, em que o estanho foi vaporizado a partir de minério de estanho pirítico e de concentrados mistos de estanho e cobre. Aberfoyle estava investigando a possibilidade de usar a abordagem da lança Sirosmelt para melhorar a recuperação de estanho de minérios complexos, como sua mina em Cleveland, Tasmânia, e a zona de minério de Queen Hill perto de Zeehan na Tasmânia .

O trabalho de Aberfoyle levou à construção e operação no final de 1980 de uma planta piloto de fumigação de estanho fosco de quatro t / h na Kalgoorlie Nickel Smelter da Western Mining Corporation , localizada ao sul de Kalgoorlie , Austrália Ocidental .

Liderar o desenvolvimento ISASMELT

Trabalho em pequena escala (1978-1983)

No início da década de 1970, a tecnologia tradicional de alto-forno e sinterização, que era o esteio da indústria de fundição de chumbo, estava sob pressão sustentada de requisitos ambientais mais rigorosos, aumento dos custos de energia, diminuição dos preços do metal e aumento dos custos operacionais e de capital.

Muitas fundições buscavam novos processos para substituir plantas de sinterização e altos-fornos. As possibilidades incluíam o processo de fundição de chumbo QSL, o processo Kivcet, o conversor rotativo de sopro superior Kaldo e a adaptação do forno flash de cobre e níquel da Outokumpu para fundição de chumbo.

O MIM estava procurando maneiras de salvaguardar o futuro de suas operações de fundição de chumbo em Mount Isa. Ele fez isso de duas maneiras:

  1. trabalhando para melhorar o desempenho ambiental e operacional de suas operações existentes
  2. investigando novas tecnologias.

O MIM investigou novas tecnologias organizando testes de plantas de grandes parcelas de concentrados de chumbo Mount Isa para todas as opções de processo, exceto para o processo Kivcet. Ao mesmo tempo, estava ciente do uso de lanças de jato superior nos processos Mitsubishi e Kaldo , e das investigações de lança de combustão submersa de entrada superior conduzidas pela Asarco (que tinha uma longa associação com a MIM, incluindo ser acionista em MIM Holdings) na década de 1960. Isso estimulou o interesse do MIM pela lança Sirosmelt, que era vista como uma forma de produzir uma lança submersa robusta.

Após os testes de escória de cobre de 1976–1978, o MIM iniciou um projeto conjunto com o CSIRO em 1978 para investigar a possibilidade de aplicar lanças Sirosmelt para fundição de chumbo.

O trabalho começou com a modelagem por computador da termodinâmica de equilíbrio (1978) e foi seguido por um trabalho de teste em escala de bancada de laboratório usando grandes cadinhos de silicato de alumina (1978-1979). Os resultados foram suficientemente encorajadores para que a MIM construísse uma bancada de teste de 120 kg / h em Mount Isa. Ela começou a operar em setembro de 1980. Isso foi usado para desenvolver um processo de dois estágios para produzir barras de chumbo do concentrado de chumbo do Monte Isa. O primeiro estágio foi uma etapa de oxidação que removeu virtualmente todo o enxofre da alimentação, oxidando o chumbo contido em óxido de chumbo (PbO) que foi amplamente coletado na escória (parte foi realizada do forno como fumaça de óxido de chumbo que foi devolvida para recuperação de chumbo). O segundo estágio foi uma etapa de redução em que o oxigênio foi removido do chumbo para formar o metal de chumbo.

A planta piloto ISASMELT líder (1983-1990)

Após o trabalho de teste de 120 kg / h, a MIM decidiu prosseguir com a instalação de uma planta piloto ISASMELT de chumbo de 5 t / h em sua fundição de chumbo em Mount Isa. Ela comprou o forno de fumigação de fosco da Aberfoyle e o transportou de Kalgoorlie para Mount Isa, onde foi reconstruído e comissionado em 1983 para demonstrar o primeiro estágio do processo em operação contínua e para testar a etapa de redução usando lotes de escória com alto teor de chumbo.

Uma das principais características da planta piloto era que ela era operada pelo pessoal de operações na fundição de chumbo como se fosse uma planta de operações. A alta escória de chumbo produzida pela fundição contínua do concentrado de chumbo foi posteriormente tratada na planta de sinterização, aumentando assim a produção da fundição de chumbo em até 17%. Isso deu ao pessoal de operações a propriedade da planta e um incentivo para fazê-la funcionar, garantindo a prioridade de gerenciamento e manutenção. Também deu ao MIM a garantia de que o processo era simples o suficiente para ser operado em um ambiente de produção, com equipe e supervisão normais, e que era robusto o suficiente para suportar excursões de controle normais. Além da operação contínua de concentrado de chumbo para produzir escória com alto teor de chumbo, a planta piloto foi usada para produzir metal de chumbo a partir de lotes da escória, investigar as taxas de desgaste do revestimento refratário e das lanças do forno e o trabalho inicial destinado a desenvolver um versão de baixa pressão da lança Sirosmelt. O resultado foi um projeto de lança que permitiu a operação a uma pressão significativamente mais baixa do que os valores iniciais de cerca de 250 quilopascal (medidor) ("kPag"), reduzindo assim os custos operacionais.

A MIM construiu um segundo forno idêntico ao lado do primeiro e o comissionou em agosto de 1985. Essa combinação de fornos foi usada para demonstrar o processo de duas etapas em operação contínua em meados de 1987. No entanto, na maior parte do tempo, os dois fornos não foram capazes de operar simultaneamente devido a uma restrição na capacidade da câmara de manga usada para filtrar a poeira de chumbo do gás residual.

Uma série de melhorias de processo, particularmente no sistema de tratamento de gases residuais, resultou no aumento da capacidade da planta do projeto inicial de 5 t / h para 10 t / h. A planta piloto tratou mais de 125.000 t de concentrado de chumbo em abril de 1989.

Os dois fornos também foram usados ​​para desenvolver um processo de recuperação de chumbo das operações de drossing da fundição de Mount Isa.

A principal planta de demonstração ISASMELT (1991-1995)

Com base nos resultados do trabalho da planta piloto, o Conselho de Administração da MIM Holdings aprovou a construção de uma planta de demonstração de A $ 65 milhões, capaz de produzir 60.000 t / ano de barras de chumbo. Esta planta operou do início de 1991 até 1995. Foi inicialmente projetada para tratar 20 t / h de concentrado de chumbo usando ar de lança enriquecido a 27%. No entanto, o oxigênio originalmente designado para seu uso foi desviado para as operações de fundição de cobre mais lucrativas, e a taxa de alimentação para a planta de demonstração ISASMELT foi severamente restringida. Quando havia oxigênio suficiente disponível em 1993 para aumentar o nível de enriquecimento para 33-35%, as taxas de tratamento de até 36 t / h de concentrado foram alcançadas, com chumbo residual na escória do forno de redução final na faixa de 2-5 %

A abordagem de dois estágios para a fundição de chumbo ISASMELT foi parcialmente impulsionada pelo teor de chumbo relativamente baixo dos concentrados de chumbo Mount Isa (normalmente na faixa de 47–52% de chumbo durante o período de desenvolvimento do ISASMELT). Tentar produzir metais preciosos de chumbo em um único forno com tais baixos teores de concentrado resultaria em fumigação excessiva de óxido de chumbo com uma grande quantidade de material que teria que ser devolvido ao forno para recuperar o chumbo e, conseqüentemente, uma maior demanda de energia como aquele material teve que ser reaquecido às temperaturas do forno.

Os concentrados com maiores teores de chumbo podem ser fundidos diretamente em chumbo metálico em um único forno sem excesso de vaporização. Isso foi demonstrado em larga escala em 1994, quando 4000 t de concentrado contendo 67% de chumbo foram tratadas a taxas de até 32 t / h com ar de lança enriquecido a 27%. Durante esses testes, 50% do chumbo do concentrado foi convertido em barras de chumbo no forno de fundição, enquanto a maior parte do restante acabou como óxido de chumbo na escória do forno de fundição.

Como a planta piloto ISASMELT principal, a planta de demonstração ISASMELT principal sofreu com as restrições impostas pelo sistema de tratamento de gases residuais. No caso da planta de demonstração, o problema foi causado por vapores pegajosos que formaram uma camada isolante nos feixes de tubos de convecção das caldeiras de calor residual, reduzindo significativamente as taxas de transferência de calor e, portanto, a capacidade das caldeiras de reduzir a temperatura do gás residual . Como a fábrica usava mangas para filtrar a fumaça de chumbo do gás residual, foi necessário reduzir a temperatura do gás abaixo do ponto em que as mangas seriam danificadas por altas temperaturas. O problema foi resolvido permitindo que o ar frio se misturasse com o gás residual quente para abaixar a temperatura a um nível em que o baghouse pudesse operar. Isso reduziu a capacidade da planta ISASMELT porque ela foi novamente limitada pelo volume de gás que poderia ser filtrado pela casa de mangas.

A planta de demonstração ISASMELT principal foi desativada em 1995 porque não havia concentrado suficiente para mantê-la e o restante da fundição em operação. Era muito pequeno para tratar sozinho todo o concentrado de chumbo do Monte Isa.

Plantas comerciais ISASMELT de chumbo primário (2005–)

O primeiro forno ISASMELT comercial de chumbo primário foi instalado no complexo greenfield de fundição de zinco e chumbo Yunnan Chihong Zinc and Germanium Company Limited (YCZG) em Qujing, na província de Yunnan, na China. Este forno fazia parte de uma planta que consistia do forno ISASMELT e um alto-forno especialmente projetado para tratar a escória ISASMELT com alto teor de chumbo. O forno ISASMELT foi projetado para produzir escória e lingotes de chumbo, com cerca de 40% do chumbo do concentrado sendo convertido em lingotes de chumbo no forno ISASMELT.

A combinação ISASMELT-alto-forno foi projetada para tratar 160.000 t / ano de concentrado de chumbo.

O segundo forno comercial de chumbo ISASMELT foi inaugurado no complexo de fundição de Kazzinc em Ust-Kamenogorsk no Cazaquistão em 2012. Ele é projetado para tratar 300.000 t / ano de concentrado de chumbo, novamente usando uma combinação de alto-forno ISASMELT.

YCZG está construindo outro ISASMELT líder em uma nova fundição greenfield em Huize, na China, e deve ser inaugurado em 2013.

Em junho de 2017, a Glencore anunciou que a Nyrstar NV havia adquirido uma licença Isasmelt para seu novo forno Ausmelt em Port Pirie . Como parte do acordo, Nyrstar envolvidos treinamento e serviços de apoio de ramp-up para o forno Ausmelt e alto-forno por pessoal da Glencore Kazzinc operações no Cazaquistão . Isso envolveu o treinamento do pessoal da Nyrstar nas operações de Ust-Kamenogorsk e suporte local pelo pessoal da Kazzinc durante os estágios de comissionamento e ramp-up da planta Ausmelt.

Fundição de chumbo secundário (1982-)

Enquanto a planta piloto ISASMELT 5 t / h estava sendo projetada em 1982-1983, a MIM continuou a usar a plataforma de teste de 120 kg / h para desenvolver outros processos, incluindo o processo de tratamento de escória mencionado anteriormente e o tratamento de bateria de chumbo-ácido pasta para reciclagem de chumbo.

O Conselho de Administração da MIM Holdings aprovou a construção de uma planta ISASMELT na Britannia Refined Metals, a refinaria de chumbo da empresa em Northfleet no Reino Unido, para recuperação comercial de chumbo de pasta de bateria para complementar a planta existente, que usava um curto forno rotativo para produzir 10.000 t / ano de chumbo. A nova planta aumentou a produção anual para 30.000 t / ano de chumbo reciclado e foi inaugurada em 1991. O forno ISASMELT foi usado para produzir barras de chumbo com baixo teor de antimônio a partir da pasta de bateria e uma escória rica em antimônio que continha 55-65% de chumbo óxido. Embora fosse possível recuperar o chumbo da escória no forno ISASMELT por uma etapa de redução, a produção total da planta foi aumentada tratando a escória no forno rotativo curto quando quantidades suficientes de escória foram geradas. A planta foi projetada para tratar 7,7 t / h de pasta de bateria, mas rotineiramente tratada 12 t / h. A planta foi fechada em 2004 quando a Xstrata Zinc, que assumiu as operações líderes da MIM Holdings, decidiu deixar o negócio de reciclagem de chumbo.

Uma segunda planta principal ISASMELT para recuperação de chumbo de baterias recicladas foi comissionada em 2000 na Malásia na planta Pulau Indah da Metal Reclamation Industries. Esta planta ISASMELT tem uma capacidade projetada de 40.000 t / ano de barras de chumbo.

Desenvolvimento de cobre ISASMELT

Trabalho de teste em pequena escala (1979-1987)

Cientistas do CSIRO conduziram trabalhos de teste em pequena escala com concentrado de sulfeto de cobre em 1979, usando a plataforma de teste Sirosmelt de 50 kg do CSIRO. Esses testes incluíram a produção de fosco de cobre contendo 40–52% de cobre e, em alguns casos, a conversão do fosco para produzir cobre em bolha.

Os resultados desse trabalho foram suficientemente encorajadores para que a MIM em 1983 empreendesse seu próprio programa de trabalho de teste de fundição de cobre usando sua plataforma de teste de 120 kg / h, que já havia sido reavaliada para 250 kg / h. Verificou-se que o processo era fácil de controlar e que a perda de cobre para a escória era baixa. Também foi aprendido que o processo poderia facilmente recuperar cobre do concentrado de escória do conversor de cobre, do qual havia um grande estoque no Monte Isa.

A planta de demonstração ISASMELT de cobre (1987-1992)

A construção de uma planta ISASMELT de cobre para demonstração de 15 t / h começou em 1986. O projeto foi baseado no trabalho de teste de 250 kg / h da MIM e na experiência operacional com a planta piloto ISASMELT líder. Custou A $ 11 milhões e foi comissionado em abril de 1987. O custo de capital inicial foi recuperado nos primeiros 14 meses de operação.

Tal como acontece com a planta piloto ISASMELT principal, a planta de demonstração ISASMELT de cobre foi integrada às operações de fundição de cobre e justificada pelo aumento de 20% (30.000 t / ano) na produção de cobre que forneceu. Ele tratou rapidamente todo o acúmulo de concentrado de escória do conversor, que não podia ser tratado em altas taxas nos fornos reverberatórios sem gerar acréscimos de magnetita ("Fe 3 O 4 ") que exigiriam o desligamento dos fornos reverberatórios para sua remoção.

A planta de demonstração ISASMELT de cobre foi usada para desenvolver ainda mais o processo de cobre. A vida do refratário foi inicialmente mais curta do que o esperado e um esforço considerável foi dedicado para entender as razões e tentar estender a vida dos refratários. No final da vida útil da planta de demonstração, a vida refratária mais longa alcançada foi de 90 semanas.

A vida de Lance também foi baixa inicialmente. Operadores inexperientes podem destruir uma lança em apenas 10 minutos. No entanto, como resultado de modificações no projeto da lança, o desenvolvimento de técnicas para determinar a posição da lança no banho e um aumento na experiência operacional, a vida útil da lança típica foi estendida para uma semana.

A planta de demonstração foi comissionada com ar de alta pressão (700 kPag) injetado na lança. Mais tarde, após extensos testes de projetos de lança de baixa pressão e testes usando enriquecimento de oxigênio do ar da lança, uma planta de oxigênio de 70 t / d e um soprador de 5 Nm3 / s com uma pressão de descarga de 146 kPag foram adquiridos. O novo projeto de lança foi capaz de operar em pressões abaixo de 100 kPag. Usando o enriquecimento do oxigênio na lança de ar para 35%, a produção da planta de demonstração foi elevada para 48 t / h de concentrado, e a energia bruta usada durante a fundição foi reduzida de 25,6 GJ / t de cobre contido para 4,1 GJ / t.

Plantas comerciais ISASMELT de cobre primário (1990–)

A operação e o desenvolvimento bem-sucedidos do ISASMELT de cobre de demonstração e o grau de interesse demonstrado no novo processo pela comunidade global de fundição deram à MIM Holdings confiança suficiente para licenciar a tecnologia ISASMELT para empresas externas, de modo que um acordo sob o qual a MIM pudesse incorporar o A lança Sirosmelt em tecnologia ISASMELT foi assinada com o CSIRO em 1989.

AGIP Austrália

A MIM assinou o primeiro contrato de licença ISASMELT com a Agip Australia Proprietary Limited ("Agip") em julho de 1990. A Agip, uma subsidiária da petrolífera italiana ENI , estava desenvolvendo o depósito de níquel-cobre Radio Hill perto de Karratha, na Austrália Ocidental. O MIM e os representantes da Agip conduziram uma série de testes nos quais 4 toneladas de concentrado Radio Hill foram fundidos na plataforma de teste de 250 kg / h em Mount Isa.

A planta Agip ISASMELT foi projetada para tratar 7,5 t / h do concentrado Radio Hill e produzir 1,5 t / h de fosco granulado com um teor combinado de níquel e cobre de 45% para venda. Era do mesmo tamanho que a demonstração de cobre ISASMELT planta (2,3 m de diâmetro interno) e tinha um soprador de 5,5 Nm3 / s para fornecer o ar da lança. O comissionamento da planta começou em setembro de 1991; no entanto, a mina Radio Hill e o complexo da fundição foram forçados a fechar devido aos baixos preços do níquel depois de menos de seis meses, antes que o comissionamento fosse concluído. O forno ISASMELT atingiu sua capacidade projetada em três meses. Os proprietários subsequentes da mina se concentraram apenas na mineração e no processamento de minerais, e a planta ISASMELT foi desmontada.

Cobre e ouro Freeport-McMoRan

Em 1973, a fundição de cobre e ouro Freeport-McMoRan ("Freeport") em Miami, Arizona , instalou um forno elétrico de 51 MW em sua fundição de Miami. A decisão foi baseada em um contrato de energia elétrica de longo prazo com o Projeto Salt River, que fornecia à empresa uma tarifa de eletricidade muito baixa. Este contrato expirou em 1990 e o aumento resultante nos preços da eletricidade levou os então proprietários da fundição, Cyprus Miami Mining Corporation ("Chipre"), a buscar tecnologias de fundição alternativas para fornecer custos operacionais mais baixos.

As tecnologias avaliadas incluíram:

Os processos Contop, Inco, Mitsubishi e Outokumpu "foram todos eliminados principalmente por causa de seus altos níveis de poeira, altos custos de capital e pouca adaptabilidade às instalações existentes". O conversor Teniente foi descartado porque exigia o uso de forno elétrico para fundição parcial. O reator Noranda não foi selecionado "devido ao seu alto desgaste refratário e sua pouca adaptabilidade à planta existente devido ao manuseio da escória do reator". ISASMELT foi escolhido como a tecnologia preferida e um contrato de licença foi assinado com o MIM em outubro de 1990. O principal fator na decisão de selecionar a tecnologia ISASMELT foi a capacidade de encaixá-la na planta existente e maximizar o uso de equipamentos e infraestrutura existentes , embora a principal desvantagem seja os riscos associados à ampliação da tecnologia da planta de demonstração de Mount Isa.

O forno de cobre ISASMELT de Miami foi projetado para tratar 590.000 t / ano (650.000 toneladas curtas por ano) de concentrado de cobre, uma taxa de tratamento que foi limitada pela capacidade da planta de ácido sulfúrico usada para capturar o dióxido de enxofre dos gases residuais da fundição. O forno elétrico existente foi convertido de funções de fundição em um forno de limpeza de escória e fornecendo capacidade de pico de fosco para os conversores. O forno ISASMELT foi inaugurado em 11 de junho de 1992 e em 2002 tratou mais de 700.000 t / ano de concentrado. A modernização da fundição de Miami custou cerca de US $ 95 milhões.

Em 1993, a Cyprus Minerals Company se fundiu com a AMAX para formar a empresa Cyprus Amax Minerals , que por sua vez foi adquirida pela Phelps Dodge Corporation no final de 1999. Após a aquisição, a Phelps Dodge fechou suas fundições de Hidalgo e Chino. A Phelps Dodge foi adquirida pela Freeport em 2006.

A fundição de Miami é uma das duas únicas fundidoras de cobre em operação restantes nos Estados Unidos, onde havia 16 em 1979.

Mount Isa Mines

A terceira planta comercial ISASMELT de cobre foi instalada na fundição de cobre da MIM em Mount Isa a um custo de aproximadamente A $ 100 milhões. Ele foi projetado para tratar 104 t / h de concentrado de cobre, contendo 180.000 t / ano de cobre, e começou a operar em agosto de 1992.

Uma diferença significativa entre a planta ISASMELT de cobre da Mount Isa e todas as outras é que ela usa uma caldeira de calor residual Ahlstrom Fluxflow para recuperar o calor do gás residual do forno. Esta caldeira usa um leito fluido de recirculação de partículas para extinguir rapidamente o gás quando ele sai do forno e, em seguida, usa as propriedades aprimoradas de transferência de calor do contato sólido-sólido para resfriar as partículas à medida que são transportadas pelos tubos da caldeira que estão suspensos em um poço acima da cama. A alta taxa de transferência de calor significa que a caldeira Fluxflow é relativamente compacta em comparação com as caldeiras de calor residual convencionais e o resfriamento rápido do gás residual limita a formação de trióxido de enxofre ("SO 3 "), que na presença de água forma ácido sulfúrico que pode causar corrosão de superfícies frias.

Fundição de cobre Mount Isa em 2002. O prédio abaixo do guindaste esquerdo é a planta ISASMELT.

Nos primeiros anos de operação, a caldeira Fluxflow foi a causa de tempo de inatividade significativo, pois a taxa de desgaste dos tubos da caldeira era muito maior do que o esperado. Os problemas foram resolvidos pela compreensão dos fluxos de gás dentro da caldeira redesenhando os tubos da caldeira para minimizar os efeitos da erosão.

A vida dos tijolos refratários no forno ISASMELT foi inicialmente mais curta do que o esperado e um sistema de resfriamento de água foi brevemente considerado para estendê-los; no entanto, ele não foi instalado e as melhorias operacionais resultaram em uma extensão significativa da vida útil do revestimento sem essa despesa operacional e de capital. Desde 1998, a vida útil do revestimento refratário excedeu a vida útil de projeto de dois anos, com a vida útil do 8º e 9º revestimentos quase chegando a três anos. O revestimento mais recente durou 50 meses e o anterior 44 meses.

Nos primeiros anos de operação em Mount Isa, a produção do forno ISASMELT foi limitada por problemas com alguns dos equipamentos auxiliares da planta, incluindo a caldeira, sistema de granulação de escória e filtros de concentrado. A restrição final foi a decisão durante a construção de manter um dos dois fornos reverberatórios em linha para aumentar a produção da fundição de cobre para 265.000 t / ano de cobre anódico. Os conversores Peirce-Smith da fundição tornaram-se um gargalo e a taxa de alimentação do forno ISASMELT teve que ser restringida para permitir que matte suficiente fosse retirado do forno reverberatório para evitar que congelasse. A média de rolagem de 12 meses do ISASMELT da taxa de alimentação ficou um pouco abaixo de 100 t / h durante grande parte desse período, não alcançando a média anual projetada de 104 t / h. A MIM decidiu desligar o forno reverberatório em 1997, e a taxa de alimentação média da laminação de 12 meses da planta ISASMELT rapidamente excedeu o projeto de 104 t / h quando essa restrição foi suspensa.

O desempenho da planta ISASMELT foi suficientemente encorajador que a MIM decidiu expandir a taxa de tratamento ISASMELT para 166 t / h, adicionando uma segunda planta de oxigênio para permitir maior enriquecimento do ar da lança. Como resultado, no final de 2001, atingiu uma taxa de pico de 190 t / h de concentrado, e a fundição produziu um pico anual total de 240.000 t de cobre anódico. Naquela época, a fundição de cobre Mount Isa, junto com sua refinaria de cobre em Townsville, estava entre as fundições de cobre de menor custo do mundo.

A vida útil da lança é normalmente de duas semanas, com as trocas levando de 30 a 40 minutos e os reparos geralmente limitados à substituição das pontas da lança.

Em 2006, a MIM comissionou um segundo forno de espera rotativo que opera em paralelo com o forno de espera existente.

Sterlite Industries

Sterlite Industries ("Sterlite"), agora uma subsidiária da Vedanta Resources , construiu uma fundição de cobre em Tuticorin usando um forno ISASMELT e conversores Peirce-Smith . A fundição foi comissionada em 1996 e foi projetada para produzir 60.000 t / ano de cobre (450.000 t / ano de concentrado de cobre), mas ao aumentar o conteúdo de oxigênio da lança de ar e fazer modificações em outros equipamentos, a taxa de alimentação do forno ISASMELT foi aumentou até o ponto em que a fundição estava produzindo 180.000 t / ano de cobre.

A Sterlite inaugurou um novo forno ISASMELT em maio de 2005, projetado para tratar 1,3 milhão de t / ano de concentrado de cobre, e a capacidade de produção da fundição foi expandida para 300.000 t / ano de cobre. A nova planta atingiu sua capacidade projetada, medida ao longo de um período de três meses, seis meses após o início do tratamento de sua primeira alimentação. O site da Vedanta afirma que o novo forno ISASMELT foi acelerado com sucesso "em um período recorde de 45 dias".

Desde então, a Sterlite decidiu expandir ainda mais sua produção de cobre instalando uma terceira fundição ISASMELT e uma nova refinaria usando a tecnologia IsaKidd. A nova fundição terá uma capacidade projetada de 1,36 milhão de t / ano de concentrado de cobre (contendo 400.000 t / ano de cobre), processado por meio de um único forno ISASMELT.

Yunnan Copper Corporation

Na década de 1990, o governo chinês decidiu aumentar a eficiência da economia chinesa e reduzir os efeitos ambientais da indústria pesada por meio da modernização das fábricas. Como resposta, a Yunnan Copper Corporation ("YCC") atualizou sua planta existente, que era baseada em uma planta de sinterização e um forno elétrico, com um forno de cobre ISASMELT. Como com a fundição de Miami, o forno elétrico foi convertido da tarefa de fundição para a separação de fosco e escória e fornecendo capacidade de pico de fosco para os conversores e, novamente, a pequena pegada do forno ISASMELT foi muito importante para adaptá-lo à fundição existente.

A planta YCC ISASMELT tinha uma capacidade projetada de 600.000 t / ano de concentrado de cobre e começou a fundir o concentrado em 15 de maio de 2002. A YCC deu muita ênfase ao treinamento de seus operadores, enviando pessoas ao Monte Isa para treinamento durante um período de sete meses durante 2001 antes do comissionamento do ISASMELT. O custo total do programa de modernização da fundição, incluindo o forno ISASMELT, foi de 640 milhões de yuans (aproximadamente US $ 80 milhões) e a taxa de tratamento do concentrado da fundição aumentou de 470.000 t / ano para 800.000 t / ano como resultado.

A transferência de conhecimento operacional da MIM para a YCC foi suficiente para que o primeiro revestimento refratário do forno ISASMELT durasse dois anos, uma melhoria significativa na vida útil do revestimento inicial de outras plantas.

YCC descreveu o projeto de modernização como "um grande sucesso, alcançando tudo o que era esperado." O consumo de energia por tonelada de cobre blister produzido diminuiu 34% como resultado da instalação do forno ISASMELT, e YCC estimou que durante os primeiros 38 meses de operação, economizou cerca de US $ 31,4 milhões apenas com a redução dos custos de energia, proporcionando uma modernização muito retorno curto para os padrões da indústria.

Em 2004, a gestão da YCC foi agraciada com prêmios de Inovação em Gerenciamento de Projetos e a Medalha Nacional de Projetos de Alta Qualidade do governo chinês para marcar o sucesso do projeto de modernização da fundição.

A Xstrata posteriormente licenciou a YCC para construir mais três plantas ISASMELT, uma em Chuxiong na província de Yunnan, China para tratar 500.000 t / ano de concentrado de cobre, uma em Liangshan na província de Sichuan, China e outra em Chambishi na Zâmbia para tratar 350.000 t / ano de concentrado. Chuxiong e Chambishi foram comissionados em 2009. Liangshan foi comissionado em 2012.

Mopani Copper Mines

A Mopani Copper Mines fazia parte da Zambia Consolidated Copper Mines Limited até ser privatizada em 2000. Ela é proprietária da fundição Mufulira, que operava com um forno elétrico com capacidade nominal de 420.000 t / ano de concentrado de cobre (180.000 t / ano de cobre novo ) A Mopani decidiu instalar uma planta ISASMELT de cobre que poderia tratar 850.000 t / ano de concentrado de cobre, incluindo um forno de decantação de fosco elétrico projetado para separar o fosco ISASMELT e a escória e também retornar a escória dos conversores Peirce-Smith da fundição.

Antes de se comprometer com a tecnologia ISASMELT, Mopani considerou as seguintes opções de processo:

  • uma fornalha elétrica
  • um forno flash, incluindo um operando direto para a bolha
  • o processo de fundição da Mitsubishi
  • o conversor Teniente
  • o reator Noranda
  • uma fornalha Ausmelt
  • um forno ISASMELT.

A Mopani considerou os fornos elétricos não comprovados nas taxas de alimentação de concentrado propostas, e a baixa concentração de dióxido de enxofre no gás residual tornaria sua captura muito cara. Os fornos flash e o processo Mitsubishi foram excluídos porque:

  • eles foram considerados tecnicamente muito complexos para o ambiente da Zâmbia
  • eles não eram adequados para retrofit para a fundição de Mufulira
  • eles tinham um alto custo de capital associado a eles.

A Mopani excluiu o conversor Teniente e o reator Noranda devido ao fraco desempenho do conversor Teniente na outra fundição zambiana em operação na época e por causa "dos recursos técnicos relativamente inexperientes disponíveis na época".

A Mopani selecionou a tecnologia ISASMELT em vez da tecnologia Ausmelt após visitas a fábricas em operação na Austrália, Estados Unidos da América e China. O custo total do projeto foi de US $ 213 milhões. A primeira alimentação foi fundida em setembro de 2006.

Southern Peru Copper Corporation

A Southern Peru Copper Corporation ("SPCC") é uma subsidiária da Southern Copper Corporation ("SCC"), uma das maiores empresas de cobre do mundo e atualmente detida 75,1% pelo Grupo México. Grupo México adquiriu as ações da SPCC ao comprar a ASARCO em novembro de 1999

Na década de 1990, a SPCC buscava modernizar sua fundição em Ilo, no sul do Peru, como parte do compromisso de 1997 com o governo peruano de capturar pelo menos 91,7% do dióxido de enxofre gerado em suas operações de fundição até janeiro de 2007. Inicialmente, selecionou a tecnologia de fundição flash para substituir seus fornos reverberatórios, a um custo de quase US $ 1 bilhão; no entanto, uma das primeiras ações após a aquisição da ASARCO pelo Grupo México foi revisar os planos de modernização da fundição de Ilo propostos.

Seis tecnologias diferentes foram avaliadas durante a revisão. Estes foram:

  • Fundição de flash Outokumpu
  • o processo Mitsubishi
  • o reator Noranda
  • ISASMELT
  • Ausmelt
  • o conversor Teniente.

A tecnologia ISASMELT foi selecionada como resultado da revisão, resultando em uma redução do custo de capital em quase 50% e foi também a alternativa com os menores custos operacionais.

A planta foi comissionada em fevereiro de 2007. Em junho de 2009, a planta tinha uma taxa de alimentação média de 165,2 t / h de concentrado e 6,3 t / h de reversos (materiais contendo cobre frio que surgem de derramamento e acréscimos nos vasos usados ​​para transporte fosco ou outros materiais fundidos).

A SPCC relatou um custo de aproximadamente US $ 600 milhões para a modernização da fundição.

Kazzinc

Kazzinc selecionou o processo ISASMELT de cobre para seu complexo metalúrgico Ust-Kamenogorsk . Ele foi projetado para tratar 290.000 t / ano de concentrado de cobre e foi inaugurado em 2011. O custo de capital projetado para a fundição e refinaria em 2006 foi de US $ 178 milhões.

Primeiros minerais quânticos

No quarto trimestre de 2011, o conselho da First Quantum Minerals aprovou a construção de uma fundição baseada em ISASMELT em Kansanshi, na Zâmbia. A fundição deve processar 1,2 milhão de t / ano de concentrado de cobre para produzir mais de 300.000 t / ano de cobre e 1,1 milhão de t / ano de ácido sulfúrico como subproduto. A construção está prevista para ser concluída em meados de 2014, e o custo de capital é estimado em US $ 650 milhões. O custo operacional estimado foi dado em US $ 69 por tonelada de concentrado.

O projeto de fundição de cobre de Kansanshi é estimado em US $ 340–500 milhões por ano em custos reduzidos de frete de concentrado, taxas de exportação e custos de ácido sulfúrico.

Plantas comerciais ISASMELT de cobre secundário

Além de tratar concentrados de cobre, os fornos ISASMELT também foram construídos para tratar materiais de cobre secundários (sucata).

Umicore

No início da década de 1990, o pessoal técnico da então Union Miniére trabalhou com o pessoal da MIM Holdings para desenvolver um processo baseado em ISASMELT para tratar materiais de sucata e resíduos contendo cobre e chumbo. A Union Miniére operava uma fundição em Hoboken , perto de Antuérpia, na Bélgica , especializada na reciclagem de sucata de materiais não ferrosos. O programa de trabalho de teste foi realizado usando um equipamento de teste ISASMELT na refinaria de chumbo da MIM Holdings, Britannia Refined Metals, em Northfleet no Reino Unido .

Uma planta de demonstração foi projetada pelo pessoal da MIM Holdings e operou por vários meses no local da fundição de Hoboken. A nova fundição foi inaugurada no último trimestre de 1997 e em 2007 estava tratando até 300.000 t / ano de materiais secundários. A instalação do forno ISASMELT substituiu uma usina de torrefação, uma usina de sinterização, uma das duas usinas de ácido sulfúrico, um alto-forno de cobre e quatro conversores Hoboken. Reduziu substancialmente os custos operacionais na fundição de Hoboken.

A planta de Hoboken da Umicore usa um processo de duas etapas em um único forno. A primeira etapa envolve a oxidação da alimentação para formar um fosco de cobre e uma escória rica em chumbo. A escória é então vazada e o fosco de cobre restante é então convertido em cobre blister. A escória rica em chumbo é posteriormente reduzida em um alto-forno para produzir chumbo metálico, enquanto o cobre é refinado e os metais preciosos contidos recuperados.

Aurubis

A então fundição Hüttenwerke Kayser em Lünen na Alemanha instalou uma planta ISASMELT em 2002 para substituir três altos-fornos e um conversor Peirce-Smith usado para fundir sucata de cobre. A empresa foi posteriormente comprada pela Norddeutsche Affinerie AG , que por sua vez se tornou Aurubis .

O processo usado na fundição de Lünen envolve carregar o forno com resíduos de cobre e sucata contendo entre 1 e 80% de cobre e, em seguida, derretê-lo em um ambiente redutor. Isso produz uma "fase de cobre preto" e uma escória de sílica com baixo teor de cobre. Inicialmente, o cobre preto foi convertido em cobre em bolha no forno ISASMELT. No entanto, em 2011, a fundição foi expandida como parte do projeto "KRS Plus". Um conversor rotativo de sopro superior agora é usado para converter o cobre preto e o forno ISASMELT funciona continuamente no modo de fundição.

A instalação do forno ISASMELT aumentou a recuperação geral de cobre na planta ao reduzir as perdas por escória, reduziu o número de fornos em operação, diminuiu o volume de gás residual e diminuiu o consumo de energia em mais de 50%. A capacidade de produção excede o projeto original em 40%.

Referências