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PROCESOS PIROMETALURGICOS

1. PROCESO KIVCET CURSO: PROCESOS EXTRACTIVOS I

2. KIVCET: (siglas de oxígeno, torbellino, ciclón y electrotérmico ). A firma un alto rendimiento, flexibilidad, simplificado subproducto de recuperación y la economía competitiva. К и i слород ( kislorod ) E lektro t ermicheskogo ( elektrotermicheskogo ) V ихрь ( vikhr ' ) Ц иклон ( tsiklon ) PROCESO KIVCET OBJETIVO: Formación de la mata Formación de la escoria

3. A principios de 1964, se inicio la investigación del sistema Kivcet aplicado inicialmente a Concentrados sulfurosos de Cobre – Zinc. Posteriormente en 1967, se desarrollo el horno Kivcet ZL para concentrados de Plomo – Zinc. En 1975, se inicio la comercialización de esta tecnología . Bolivia: karachipampa ( khd ) 1978/84, 51,000 tpy de concentrados plomo/plata. Italia: Sardinia - Porto Vesme ; ( Nuova Samim ) 1987; 80,000 tpy /100,000 tpy (1990). Kazakstán: dos plantas de 60,000 tpy . (1986 y 1987). Canadá : british columbia , cominco , trail: 88,000 tpy . (2012) Peru: BUENAVENTURA INGENIEROS S.A. - Complejo Metalurgico de la Oroya . Proceso convencional y proceso kivcet . (2013) GENERALIDADES

4.   La tecnología de fundición por ciclón constituye una técnica prometedora en el futuro para procesos metalúrgicos. Ventajas: D ensidad de energía muy alta. M uy buenas condiciones de reacción o intercambio de materia y calor gracias a un grado de turbulencia alto, C onstrucción compacta del reactor con rendimientos elevados. T emperaturas de fundición altas (> 2000 °C) como, p. ej., las que se permiten en reacciones con enriquecimiento con oxígeno. A dmite el uso de un mayor tamaño de las partículas en comparación con reactores de flujo comparables .   FUNDICIÓN POR CICLÓN

5. ciclón horizontal de fundición de acuerdo con Tonkonogijet al. Por ese mismo tiempo en la URSS, las pruebas se empezaron a utilizar un reactor de ciclón para fundir concentrados de cobre a una mata. En primer diseño de Rusia tenia una ligera pendiente con refractario o forrado ( Fig l) descargada directamente en un extremo de un horno de reverbero convencionales. No había por desgracia ningún control del ciclón del desgaste de linea o de incrustaciones. Incluso la adición de un doble capa, cámara de ciclón refrigerado por agua no garantizó un adecuadamente control de distribución del calor DESARROLLO DEL HORNO KIVCET

6. Este fue un problema y condujo que el diseño del ciclón se encuentra directamente en la parte superior del horno de reverberación, Fig 2. Aquí, rápidamente se hizo evidente que el producto de gas / sólidos se comportaba de manera muy diferente de las estimaciones. Las siguientes observaciones son significativas: • La reacción del gas es altamente acelerado a medida que entra debido a su expansión en la cámara de reacción caliente. • El movimiento de las partículas, la retención y el tiempo de reacción se determinan tanto por la incineración y la velocidad de combustión que van asociados al diámetro de las partículas y peso específico. • Las partículas sólidas e incompletamente reaccionados que alcanzan las paredes de la cámara son retenidos por la película fundida que se forma allí, algunos de ellos estarán envueltos y en gran medida son eliminado de las reacciones adicionales. DESARROLLO DEL HORNO KIVCET

7. El reconocimiento de estos problemas estimulado una cantidad considerable de ambas desarrollo analítico y práctico que conduce a una mejor comprensión de las relaciones entre el tamaño del ciclón, el diámetro de las partículas, las velocidades del gas, el tiempo de retención y la eficacia de la reacción / combustión. Con mucho, el desarrollo tecnológico más importante fue el cambio de la combustión en los enriquecimientos de aire u oxígeno moderada a la utilización de oxígeno puro en el ciclón. No sólo este paso es mejorar la eficiencia de la combustión hasta el punto de viabilidad industrial, sino que también reduce la cantidad de productos de desecho en el gas , dicho de otra manera, el aumento de la concentración de SO2 recuperable . En un desarrollo configuracional más reciente, una pared de separación (Fig. 3) entre la fundición y la solución de la sección claramente separa los compartimentos de gas creando así un sistema para procesar los concentrados que contienen metales que se acompañan como el zinc y conducen además del principal metal que ser transferido en la matta , es decir, de cobre. DESARROLLO DEL HORNO KIVCET

8. DESARROLLO DEL HORNO KIVCET

9. Proceso Kivcet La planta piloto semi industrial ( Kazaakhstan ) permitió efectuar pruebas con una capacidad de hasta 24 t/d. En esa planta piloto se efectuaron "test" con 6000 tons de diversas calidades : 12 – 60% Pb; 6 – 38% Zn; 12 – 28% S. Los resultados obtenidos en esta planta fueron:

10. Los resultados anteriores obtenidos durante las pruebas en la planta piloto están basados en el procesamiento de una complejidad de minerales , con una amplia relación de plomo / zinc inferior a la de los concentrados disponibles en Bolivia. Durante las pruebas metalúrgicas para la totalidad de la producción de plomo-plata existente en Bolivia (1978) que tenían la siguiente composición : Concentrado : 47.96 %Pb; 7.77 %Zn; 3,95 g/t Ag ; 3.06 %Sb; 1.13 %Sn; 18.68 %S. Los óxidos de la parte del shaft – ciclón recirculan con la carga fresca (aprox. 12 % en peso).

11. MATERIAS PRIMAS Los Sulfuros y fundentes, se secan y se muelen, la alimentación debe estar seco (<2% H2O) y finamente molido (<1 mm), se inyectan directamente en el horno junto con oxígeno a través de quemadores. Una composición típica de la carga consiste en: 30% de concentrado: 48% Pb, 17% s, 6% de Zn, 11% de Fe 35 a 50% de elementos reintroducidas: ferrita endotérmica, sulfatos, tiza, sulfuros (elaborados a partir de 13% de Pb, 8% S, 16,5% Zn, 24% Fe) y óxidos (38% Pb, 10% S, 9 % de Zn, 7% Fe) 12.8% de carbono, para proporcionar el calor; 12 a 15% de sílice y piedra caliza.

12. OPERACIONES BÁSICAS El proceso Kivcet hace uso de varias técnicas de fundición: uso de oxígeno y principio de ciclón con fundición “suspendida”. Así, el proceso de oxidación de un material de granulometría fina y su posterior reducción en un horno eléctrico se combina en “una sola etapa”. El éxito del proceso es que es altamente intensivo lo que facilita el tratamiento de elevados rendimientos por unidad de área del horno ciclón. En la primera sección del horno Kivcet - en este caso el horno ciclón - se produce una reacción exotérmica, debido al alto contenido de azufre en los minerales sulfurados. Para que la reacción sea completamente exotérmica se requiere que el S sea > 17%. En esta primera sección (ciclón) se realiza la reacción de tostación-reducción. La carga así fundida pasa a la segunda sección del horno (horno eléctrico). Cuando los concentrados tienen 17% S es necesario adicionar energía mediante el quemador a gas.

13. REACCIONES METALÚRGICAS Sección horno ciclón “flash” C(s) + O2(g) --------- CO2(g) C(s) + 1/2O2(g) ----- CO(g) S + O2(g) ------------- SO2(g) “Oxidación de sulfuros” PbS + 3/2 O2 (g) ------ PbO + SO2(g) ZnS + 3/2 O2 (g) ------ ZnO + SO2(g) Horno eléctrico “Formación del plomo metálico“ PbS + 2 PbO ------ 3 Pb + S02(g) “Etapa de reducción” PbO + C ------------ Pb + CO (g) PbO + CO (g) ------- Pb + CO2(g) ZnO + CO (g) ------ Zn(v) + CO (g) ZnO + CO (g) ------ Zn(v) + CO2(g) C + CO2(g) -------- 2 CO (g)

14. Como se aprecia en la primera parte del horno ( shaft - ciclón) se produce la oxidación casi completa del mineral. Es un proceso de “tostación – fusión” a temperaturas de: 1200 – 1350 °C. Los óxidos fundidos pasan mediante un “vaso comunicante” a la segunda sección (horno eléctrico a 1350°C) donde se produce la reducción y producción del bullion de plomo/plata y paralelamente la reducción del ZnO . Sin embargo si el contenido de ZnO es elevado ( vg.tratamiento de minerales de alto contenido en Zinc) es preferible pasar la escoria a un horno fuming adyacente (También puede recuperarse zinc de la escoria de los hornos de plomo con un proceso de reducción de escorias.).

15. El bullion producido en el horno Kivcet contiene la plata, oro, bismuto, antimonio y parcialmente el cobre. El arsénico y antimonio altamente contaminantes es posible eliminarlos parcialmente en la primera fase, controlando las condiciones del horno shaft /ciclón y colectando diferencialmente el Sb2O3, sin embargo la mayor parte del antimonio pasa al bullion . Existen técnicas para eliminar el antimonio del bullion . El cobre se elimina parcialmente en una mata que se separa de la parte del horno eléctrico.

16. INSTALACIONES Tecnología rusa (1970). basada en flash smelting . Inicialmente para procesar concentrados de cobre y zinc. Bolivia: karachipampa ( khd ) 1978/84, 51,000 tpy de concentrados plomo/plata. Italia: Sardinia - Porto Vesme ; ( Nuova Samim ) 1987; 80,000 tpy /100,000 tpy (1990). Kazakstán: dos plantas de 60,000 tpy . (1986 y 1987). Canadá : british columbia , cominco , trail: 88,000 tpy . (2012) Peru: BUENAVENTURA INGENIEROS S.A. - Complejo Metalúrgico de la Oroya . Proceso convencional y proceso kivcet . (2013) Lead plant using KIVCET Technology in Portovesme , Italy

17. KARACHIPAMPA: PROYECTO DE FUNDICIÓN PLOMO/PLATA El plomo Karachipampa / Plata Fundición se encuentra en Potosí, Bolivia. Fue construido durante el período de 1979 a 1984 por la Corporación Minera de Bolivia (COMIBOL) y nunca fue despedido debido a una falta de producción de concentrado de plomo en Bolivia. Un total de $ 180.000.000 se han gastado en la instalación hasta la fecha por la COMIBOL. La planta ha estado en el cuidado y mantenimiento desde la finalización y se encuentra en "perfectas condiciones". Fue diseñado y construido por Klockner , una ingeniería y construcción de firma alemana, con un diseño basado en una tecnología de última generación rusa Kivcet . Esta tecnología es de uso común en todo el mundo con dos de los usuarios más importantes, la Cominco Fundición de Trail en la Columbia Británica y la Glencore Porto Vesme Fundición en la isla de Cerdeña, Italia. 2013: ENTRA EN OPERACIÓN DESPUES DE 25 AÑOS DE HABERSE CONSTRUIDO. CAPACIDAD DE 55 MIL TONELADAS DE CONCENTRADOS DE PLOMO - PLATA.

18. PROCESO KIVCET : BOLIVIA - KARACHIPAMPA

19. VENTAJAS Y DESVENTAJAS Horno de fundición Flash : cámaras de oxidación y reducción separadas. Los concentrados secos, fundentes, coque fino, polvo reciclado y residuos lixiviados de zinc son quemados con oxígeno mediante un quemador ubicado en el tope de la columna vertical de fusión (> 1300 °C). Reacción en fase gaseosa con formación de plomo que se condensa y separa como bullion . El plomo y la escoria de óxido de plomo formada pasa a través de una capa de coque fino a la cámara del horno eléctrico. Debido a la separación de las etapas de fusión y reducción la concentración de SO2 en los gases de salida son más altos que en el proceso QSL (25 – 40 %). Permite recuperar el zinc contenido en la alimentación como fume ( ZnO ). Ambientalmente eficiente, altamente automatizado, bajos costos de procesamiento y flexible en términos de materiales de proceso. Debido al tratamiento de materiales secos requiere inversión adicional en sistemas de ventilación y equipo de proceso. No se requiere la sinterización; es un proceso de una sola etapa; la fundición es autógena si el contenido de azufre de la alimentación es 18.010 o más; la recuperación simultánea de Zn es posible; pequeños volúmenes de gas de desecho, rica en dióxido de azufre, se producen

20. COMPARACION Ausmelt Kivcet Relación con el medio ambiente Buena Buena Costo de capital Barato en cuanto al horno en sí mismo (más simple, sin elementos de enfriamiento) Más costoso como horno en cuanto a la preparación de la carga. Disponibilidad de planta Pobre, vida de los refractarios (12 meses), lanza que cambia. Buena, larga vida de los refractarios Operación Batch , algunos problemas en la planta ácida, cambio de la lanza. Completamente continúo.

21. CONCLUSIONES El desarrollo de la Tecnología Kivcet ha contribuido en los avances de tratamientos pirometalúrgicos . La tecnología Kivcet ha optimizado de alguna manera los procesos metalúrgicos, ya que tiene una buena disponibilidad de la planta y ha elevado los porcentajes de recuperación. La Tecnología Kivcet es un ejemplo de la aplicación de minería responsable en el desarrollo sostenible de un país. Contribuye a la conservación del medio ambiente.

22. BIBLIOGRAFIA Tecnologías alternativas para el tratamiento de concentrados complejos de plomo, Jorge Lema Patiño Gerente General MINERAL PROCESSING. Technology to process various lead-bearing raw materials by KIVCET method, http://vcm.ukg.kz/en/working4.htm The KIVCET cyclone smelting process for impure copper concentrates Dipl .-lng. Gerhard Melcher , Dr.-lng. Erich Muller , Dipl .-lng. Horst Weigel Treatise on Process Metallurgy, Volume 3: Industrial Processes