CONVERTIDOR NORANDA Y CONVERTIDOR TENIENTE MODIFICADO

CONVERTIDOR NORANDA

Antecedentes generalesNoranda Inc. es una compañía internacional, con sede en Toronto, Canadá, orientada a la minería y la metalurgia, además de intereses en los rubros forestales y de los hidrocarburos.Según cifras globales del año 2000, sus activos suman Can$ 11.760 millones de dólares canadienses12 y su patrimonio alcanza a los Can$ 4.094 millones de dólares canadienses. Sus ingresos globales fueron de Can$ 6.957 millones de dólares canadienses y las utilidades netas, Can$ 293 millones de dólares canadienses Sus acciones se transan en las Bolsas de Toronto y de Nueva York.

Sus unidades de negocios se distribuyen en las siguientes áreas:

a) Cobre, orientada a la metalurgia de concentrados de cobre limpios, concentrados complejos y de chatarra (dos fundiciones en Canadá que suman 300 Kton/año de blíster, una fundición en Chile –ALTONORTE, de 150 Kton/año de blíster- y una refinería en Canadá de 320 Kton/año de cátodos, más recuperación de oro y plata). Además tiene tres plantas especializadas en reprocesar materiales electrónicos y chatarra.

NORANDA se ha especializado en fundiciones comerciales, es decir adquiere los concentrados de terceros y/o los recibe para maquilar, gracias a sus capacidades tecnológicas para tratar un amplio rango de materiales permitiéndole alcanzar mejores niveles de rentabilidad en este negocio.

b) Falconbridge; compañía minera de la cual tiene el 54,9% de la propiedad. Esta compañía es una de las más importantes productoras de níquel con minas y fundiciones en Canadá, Rep. Dominicana y una refinería en Noruega (75 Kton/año de Ni globalmente). Además es un creciente productor de cobre, a través de participaciones en otras compañías mineras, fundiciones y refinerías. Ellas son generalmente coproductoras cobre/níquel o cobre/zinc, o sólo de cobre.

Cabe señalar que en Chile Falconbridge posee el 44% de la Cía. Minera Doña Inés de Collahuasi (50 Kton/año de cátodos y 380 Kton/año de cobre en concentrados). Además en el curso del 2001 adquirió la Cía. Minera Lomas Bayas (60 Kton/año de cátodos).

A su vez en Perú, NORANDA participa directamente en el proyecto Antamina (305 Kton/año de Cobre y 285 Kton/año de Zinc, contenidos en concentrados) con el 33,75% del capital.

Considerando las participaciones de NORANDA en las diversas compañías (Unidad de negocio Cobre más Falconbridge), se calcula que el año 2000 NORANDA acumuló una producción de 163 Kton/año de cobre de mina, de 510 Kton/año de cobre blíster y de 400 Kton/año de cobre refinado. Dicha participación se incrementa significativamente a partir del 2002, con la incorporación de Lomas Bayas y Antamina, más la expansión de la fundición Altonorte para el 2003 y el proyecto de expansión de Collahuasi.

c) Aluminio, focalizada a la producción de aluminio primario (1 fundición en EE.UU. 225 Kton/año de Al) y a productos de valor agregado (4 plantas procesadoras de planchas y papel aluminio y 3 plantas en EE.UU más 1 en México elaboradoras de llantas de automóviles).

d) Zinc, que tiene tres minas propias y una refinería, más participación en otras dos minas y una refinería (392 Kton/año de Zinc mina y 335 Kton/año de Zinc refinado como participación global de NORANDA), más una fundición y refinería de plomo (105 Kton/año de Plomo).

e) Magnesio, que comprende un 80% de participación en una nueva planta que tratará un desecho de la minería del asbesto con alto contenido de Magnesio, con tecnología propia (63 Kton/año de Magnesio) y que entra en operaciones el 2001.

f) Exploraciones, focalizadas al zinc, cobre y níquel a objeto de desarrollar operaciones mineras que le permitan a NORANDA aumentar su nivel de producción global. En los casos del Zinc y del Cobre espera controlar una producción de 500 Kton/año en cada metal. Para ello desarrolla un programa de exploraciones que el año 2000 alcanzó a los Can$ 98 millones, de los cuales la mitad corresponden a Falconbridge. Utiliza tecnologías de punta para la exploración, algunas de las cuales son creadas en la compañía.

La importancia de la innovación tecnológicaLa compañía tiene claramente identificado que la tecnología es una de sus palancas estratégicas esenciales para mejorar la productividad y ganar ventajas competitivas. Por ello considera como uno de sus activos claves, a la disponibilidad dentro de la organización de expertos en varias áreas de especialización, que tienen la habilidad colectiva para conseguir desarrollos tecnológicos que sólo pocas compañías internacionales, en el ámbito de la minería y la metalurgia, están en condiciones de lograr.

En consecuencia con su política de liderazgo tecnológico, NORANDA mantiene dos centros de investigación y transferencia tecnológica: Noranda Inc. Technology Centre y Falconbridge Technology Centre.

Noranda Inc. Technology Centre (NTC)El centro está situado en Pointe-Claire, Quebec, Canadá, desde sus orígenes en 1963. Su trabajo está ligado con las unidades de negocio de la compañía y, como tal, está comprometido en la identificación, desarrollo y transferencia de tecnologías aplicables a ellas.Las principales líneas de investigación se orientan tanto al negocio minero- metalúrgico como a los productos finales. En el área minera- metalúrgica destacan:

Procesos de Pirometalurgia e Hidrometalurgia

Extracción minera, mecánica de rocas y robótica Software para ingeniería y exploración Control de procesos, instrumentación y química analítica Control ambiental

Entre las mayores contribuciones de este centro a la industria del cobre está el desarrollo del “Reactor Noranda”, destinado al proceso de fusión continua en reemplazo de los hornos reverberos, con un aporte muy significativo en la reducción de costos y en la reducción de las emisiones de gases sulfurados y de material particulado. Puesto originalmente en marcha en 1973, ha sido continuamente perfeccionado, encontrándose entre los reactores de más alta tecnología en la industria.Recientemente ha desarrollado un “Convertidor Noranda”, cuya primera fase se instaló en 1997 a un costo de Can$ 55 millones. La segunda fase se implementará durante el 2002, con lo cual la fundición podrá fijar más del 90% del anhídrido sulfuroso generado. Con ello se logra un sistema de conversión continua, es decir en un solo paso se tratan concentrados de cobre hasta obtener un producto del tipo “semi-blíster”.El Centro cuenta con 170 personas, 81 de los cuales son científicos con post-grado. Aunque el Centro está orientado a las necesidades propias de Noranda, complementa su labor mediante alianzas con otras organizaciones, tales como: “Canadian Centre for Mineral and Energy Technology” (CANMET), “Mineral Research Centre” (MRC), “Canadian Mining Industry Research Organization” (CAMIRO) y diversas universidades canadienses y americanas.Los gastos destinados por Noranda a investigación y desarrollo han sido: Can$ 56 millones, el año 1998, Can$ 36 millones, el año 1999, y Can$ 48 millones, el año 2000.

Falconbridge Technology CentrE (FTC)Falconbridge, la principal filial de Noranda, es un productor integrado de metales básicos (Níquel, Cobalto, Cobre y Zinc) y de metales especiales (Platino y Paladio) con ventas anuales del orden de los Can$ 2.600 millones.

La compañía sitúa la investigación y desarrollo para soportar sus metas estratégicas de largo plazo y proveer de amplio apoyo operacional a sus divisiones metalúrgicas, a fin de asegurarle la competitividad en el futuro.El Falconbridge Technology Centre constituye el núcleo de su estrategia tecnológica, lo que se complementa con pequeños grupos en las principales operaciones metalúrgicas.El FTC está emplazado en Sudbury, Ontario, Canadá, y fue construido en 1997 a un costo de Can$ 18 millones, donde trabajan unas 70 personas, con un presupuesto anual entre 0,75% a 1% de las ventas anuales (Can$ 26 millones el año 2000).Está organizado en tres grupos: “Metallurgical Technology Group” (MTG), Exploraciones y Química analítica.

El MTG es el grupo más relevante, dedicado preferentemente a nuevos desarrollos enhidrometalurgia y pirometalurgia para el tratamiento de minerales de níquel. También se preocupa de temas relacionados con mineralogía, control de procesos, ciencias de los materiales, etc. Adicionalmente, brinda apoyo al marketing de sus productos.En lo relacionado al cobre, la labor del FTC se centra en la búsqueda y evaluación de nuevos recursos mineros, especialmente en Sudamérica, como también en la aplicación tecnologías mineras para la explotación de actuales y nuevos yacimientos.Falconbridge ha dado un sentido estratégico y global al tema tecnológico, lo que significa que su desarrollo no se confina a Canadá sino que los proyectos pueden ser realizados a través de grupos competentes en otros lugares del mundo.

En el Reactor, la materia prima alimentada (concentrado seco, en lo fundamental) es fundida y oxidada hasta obtener como productos fundidos “metal blanco” (74 % Cu) y escoria (6% Cu), y gases de alta concentración de anhídrido sulfuroso (20 – 25 % % SO2 en la boca), los que son posteriormente tratados en una Planta de Ácido Sulfúrico con capacidad nominal de 175.000 Nm3/hr, para una concentración de 12 % SO2 base seca.

Fundición Altonorte, Pertenecia al grupo de empresas canadienses Noranda Inc., es una planta de procesamiento de concentrados, cementos y calcinas de cobre que produce ánodos de cobre, cuyos principales clientes son las refinerías electrolíticas de Chuquicamata, propiedad de Codelco Chile, CCR en Canadá, también propiedad de Noranda, y Elmet en España. Adicionalmente se obtiene como subproducto, ácido sulfúrico, que tiene como destino diferentes compañías mineras dentro del mercado nacional.Se plantea que aquellas materias primas alternativas que se alimenten al secador rotatorio y/o reactor continuo pasarán a reemplazar, parcial o totalmente, los concentrados de cobre o fundente silíceo que son alimentados en la actualidad en una cantidad igual a la considerada en el escenario de alimentación definido para cada materia prima.

El Convertidor Teniente

1.- DEFINICIÓN.- El Convertidor Teniente es un horno basculante de fusión en baño de concentrado desarrollado y patentado por la División El Teniente de CODELCO.

Es un horno amplio, formado por un cilindro metálico de 5 m de diámetro por 22 m de largo, dispuesto en posición horizontal y revestido por ladrillos refractarios en su interior. Este horno está montado sobre un sistema de cremalleras que le permiten oscilar. El modo de funcionamiento consiste en que es cargado en forma continua con concentrado de cobre y sílice (cuarzo) por una abertura ubicada en su parte superior. La sílice tiene por objeto captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlo en la parte más liviana de la mezcla fundida.El convertidor Teniente tiene un sistema de cañerías en el interior, las cuales insuflan aire enriquecido con oxígeno, el cual permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado. El hierro forma magnetita, que se concentra en la escoria, y el azufre forma gases (monóxidos y dióxidos) los cuales son evacuados a través de gigantescas chimeneas, junto a otros gases, donde son captados en gran parte para producir ácido sulfúrico (H2SO4).Las reacciones que se producen producto de la oxidación de los distintos elementos, y entre ellos, libera energía la que es aprovechada para ayudar a la fusión.

2.-HISTORIA

Fue creado debido al fracaso de la tecnología Oxygen Smelting, que consiste en fundir concentrado por balance de calor y arrastre de concentrado en los gases. La idea principal bajo del desarrollo del Convertidor Teniente fue emplear el calor generado por oxidación de la carga para fundir concentrado en un convertidor convencional modificado.Se originó en la década de 1970 en fundición Caletones producto de la investigación de Hermann Schwarze, quien con su equipo experimentó con un convertidor pequeño (2 m de diámetro por 3 m de largo) que había sido retirado de la fundición Chagres. En 1975 producto de la reparación de un convertidor Peirce-Smith, Schwarze (en esos tiempos superintendente general de la fundición Caletones) modifica la longitud del reactor y comienza a utilizarlo para fundir concentrado de cobre. Dado que la fundición trabajaba con una cantidad elevada de oxígeno, pudieron fundir una mayor cantidad de concentrado.Según Hermann Shwarze este convertidor modificado (denominado “tarro” por él mismo) no fue creado con la finalidad de su comercialización sino que para solucionar específicamente los problemas de Caletones. Producto del éxito de esta tecnología, la cual involucraba menor uso de equipos y de combustible (coincidente con la crisis del petróleo de 1973), muchas fundiciones del mundo comenzaron a interesarse en la tecnología que estaba utilizando El Teniente, en ese entonces sociedad mixta El Teniente, conformada por el Estado de Chile y la norteamericana Kennecott Corporation.En 1978 Chuquicamata manifiesta su interés en el convertidor modificado y le solicita a Shwarze el diseño de un reactor para esta división. Dado que el nombre informal de “tarro” no podía seguir siendo empleado para referirse a esta tecnología, Shwarze decide bautizar su reactor como Convertidor Modificado Tipo Teniente. Fue así como desde finales de los 70 el uso del Convertidor Teniente se extendió a lo largo de nuestro país. Actualmente existen 6 Convertidores Teniente operando en Chile (Chuquicamata, Paipote, Potrerillos, Ventanas y dos en Caletones), con una capacidad total combinada de 4.3 MM ton/año de concentrado, produciendo 1.2 MM ton/año de cobre[2La tecnología Teniente de fundición ha sido comercializada por CODELCO en 3 convertidores en el resto mundo occidental [].3], los que operan en NKANA (Zambia), ILO (Perú) y La Caridad (México). Existe además un Convertidor Teniente en Tailandia el cual está operando desde el año 1996Una de las particularidades de este reactor consiste en que mantiene la posibilidad de llegar a operación autógena, es decir, sin requerir energía externa. Esto lo puede lograr con el enriquecimiento de oxígeno dependiendo del tipo de concentrado. ].El Convertidor Teniente tiene el gran mérito de aumentar el rendimiento y además ahorrar energía, lo cual es doblemente importante ya que economizar es siempre una importante prioridad, especialmente en Chile por no ser un gran productor de petróleo, lo que significa ahorro de divisas. En el proceso de fusión tradicional, el

petróleo es un ítem importante en el costo global, lo que se elimina en parte en esta etapa, que se conoce como “Proceso Teniente”.

3.- Flujos de entrada ConcentradoProviene de las plantas de beneficio (concentradoras) y se acopia en tolvas de almacenamiento. Es clasificado de acuerdo a su lugar de origen ya que cada concentrado tiene una mineralogía asociada, por lo cual su efecto en el proceso es ligeramente distinto (aporte energético). La mineralogía típica del concentrado contiene Calcopirita (CuFeS2), Calcosina (Cu2S), Bornita (Cu5FeS4) y Pirita (FeS2) como sus componentes principales.

Fundente Proviene del cuarzo de mina o de arena de playa y del mismo modo que el concentrado, se almacena en una tolva exclusiva.

Circulante Proviene de restos de material que queda adherido en el fondo de las ollas de eje y escoria. Este material es enviado al área de procesamiento de minerales para su chancado, en donde es triturado y molido para luego ser enviado a una tolva de almacenamiento.

Aire de proceso Es el aire inyectado al Convertidor Teniente, el cual tiene un cierto porcentaje de enriquecimiento en oxígeno. La mezcla Aire-Oxígeno es controlada en función del flujo y características del concentrado.

4.- Flujos de salida

Metal blanco o Eje Consiste en una mezcla sulfuros de cobre y hierro, los cuales salen en forma discontinua del Convertidor Teniente. Esta mezcla es posteriormente enviada al proceso de conversión, el cual se realiza en los convertidores Peirce-Smith.

Escoria La escoria corresponde a la fase que contiene los óxidos producidos por las reacciones de fusión y es inmiscible con el Eje del baño fundido. Al igual que el eje, la escoria es retirada del Convertidor Teniente de forma discontinua a una temperatura aproximada entre 1200 y 1250°C. La escoria es recirculada alos hornos de limpieza de escorias y/o hornos de reverbero para recuperar el contenido de cobre (5 a 8%).

Polvos oxidados Corresponden a uno de los productos del proceso de oxidación, los cuales son captados y tratados del mismo modo que los polvos sulfurados. Los polvos oxidados recuperados son retornados al Convertidor Teniente.

Gases Los gases están compuestos tanto por los gases producidos por las reacciones de fusión como también por los gases inertes del aire insuflado al Convertidor Teniente. Los componentes principales de los gases de salida son N2, SO2 (8 a 10%), CO, CO2, S2, O2 y arrastre de sólidos finos (polvos oxidados) producto de la oxidación de la carga. Los gases son captados por una campana

para posteriormente ser tratados para la recuperación de polvos y captación de SO2.

5.- Descripción del procesoEl proceso de fusión en el Convertidor Teniente consiste en carga continua de concentrado de cobre y fundente por el inyector de carga solida o Garr-Gun. El concentrado seco es inyectado al convertidor junto con aire enriquecido con oxígeno a través de una línea de toberas, a una temperatura de aproximadamente 100ºC. La inyección de aire enriquecido con oxígeno permite la oxidación del hierro y del azufre presentes en los minerales que constituyen el concentrado. El mecanismo de fusión corresponde a calor generado por oxidación de carga.38Se agrega fundente (sílice) con el objeto de captar el hierro contenido en los minerales sulfurados fundidos y concentrarlos en la parte más liviana de la mezcla fundida (ver sección 2.1.1).El hierro forma magnetita (Fe3O4), la cual se concentra en la escoria y el azufre forma gases los cuales junto a otros gases son evacuados a través de una campana. Los gases producidos en la fusión son utilizados en las calderas para producir vapor, el cual se emplea para generar energía eléctrica a través de turbogeneradores. Los gases de fusión tienen un contenido del orden de 8 a 10% de SO2, el cual es captado en gran parte para posteriormente producir ácido sulfúrico (H2SO4).El Convertidor Teniente produce Metal Blanco o Eje con un contenido del orden del 72 a 75% de cobre y una escoria con un contenido de cobre del orden de 4 a 8%.

6.- Características operacionales

• El Convertidor Teniente produce un flujo de gas casi continuo, 14 a 17 % (base húmeda) y con un contenido de polvo menor que 0,064 granos/cf (normal) 0,16 g/ (normal).

• El requerimiento de oxígeno industrial del Convertidor Teniente para condiciones nominales de operación oscila entre 200 y 300 tpd.

• El uso del Convertidor Teniente dada su alta capacidad de conversión, permite disminuir el número de Convertidores Peirce-Smith en operación. También reduce la utilización del sistema de manejo de material fundido, disminuyendo o al menos manteniendo la recirculación de carga en la nave.