MODERNIZACIN DE LA

FUNDICIN DE ESTAO

DE VINTO

PROCESO AUSMELT

Presentado a:

CONGRESO NACIONAL DE METALURGIA

Y CIENCIA DE MATERIALES

Por:

Jorge Lema Patio

Oruro BoliviaJulio 2006

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MODERNIZACIN DE LA FUNDICIN DE ESTAO DE VINTO

TABLA DE CONTENIDOS

1. Resumen

2. Desarrollo de la Tecnologa de Fundicin de Estao en Bolivia

2.1. Fundicin Tradicional de Estao en Bolivia

2.2. Fundicin de Estao de Alta Ley

2.3. Fundicin de Estao de Baja Ley

3. Antecedentes del proceso Ausmelt

3.1. Desarrollo del Ausmelt Aplicado a los Concentrados de Estao

3.2. Yunnan Tin Corporation en la RP China

3.3. Funsur (Minsur) en el Per

4. Proceso Ausmelt recomendado para la Fundicin de Vinto

4.1. Premisas del Diseo

4.2. Esquema del Proceso

4.3. Fundicin de Concentrados

4.3.1.

4.3.2. Reduccin Primaria

Reduccin Secundaria

5. Reciclado de Polvos

6. Conclusiones y Recomendaciones

7. Bibliografa

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MODERNIZACIN DE LA FUNDICIN DE ESTAO DE VINTO

ALUMNO: CHAVEZ ACOSTA, Jorge Eduardo

1. Resumen

En el presente documento se efecta una breve resea de los avances tecnolgicos logradosen Bolivia para el procesamiento de los concentrados de estao de media y alta ley. Con lainstalacin de la primera fase de la Fundicin de estao en Vinto, se da inicio a lamoderna fundicin de estao en Bolivia; se explica la necesidad de introducir el procesoAusmelt para modernizar la tecnologa de esta importante planta metalrgica y hacerlacompetitiva internacionalmente, manteniendo los sistemas de refinacin existentes.

2. Desarrollo de la Tecnologa de Fundicin de Estao en Bolivia

2.1. Fundicin Tradicional de Estao en Bolivia

Durante la dcada de los 40 se instal la Fundicin Per (Oruro) en base a hornosrotatorios, aunque el proyecto inicial contemplaba un horno elctrico para reducirlos concentrados de alta ley. En la fundicin Per no se requera del proceso previode tostacin por tratarse concentrados de alta ley libre de mayores impurezas.Asimismo, se emple el sistema de refinacin trmica y posteriormente larefinacin electroltica en base al cido hidro fluor silcico . En esa misma poca, elIng. Salezky introdujo la tcnica de volatilizar minerales de estao de baja ley en unhorno rotatorio de tambor largo, empleando la pirita como agente sulfurizante,demostrndose por primera vez en Bolivia la aplicacin de la tecnologa devolatilizacin. Posteriormente, en la ex Metabol se instalaron 4 hornos rotatorios detambor corto, para reducir los concentrados de alta ley. Todos estos procesosdescartaban escorias de alta ley y la recuperacin total no alcanzaba al 90%, debidoa la produccin de escorias de alta ley y materiales intermedios de difcil re-tratamiento.

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Grafico 1: Fundicin Tradicional de Estao

FUNDICION TRADICIONAL DE ESTAO(Simplificado)CONCENTRADOS

As / SO2

TOSTACION

REDUCCIONROTATORIO

Fe / Sn

REDUCCION

HARD HEADFe / Sn

ESCORIAFINAL

METAL

ESCORIA RICA> Fe

REDUCCIONREVERBERO

DROSSING

ESCORIA2 3 % Sn> FeREFINACIONELECTROLITICA

METAL REFINADO

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El Grfico 1 describe el sistema tradicional de fundicin de estao que estuvovigente hasta fines de los 60. Las Fundiciones Capper Pass y Williams Harvey enInglaterra y la Fundicin de estao en Siberia (ex URSS) y la Metallgeselshaft enAlemania eran las mas avanzadas en su poca. La primera procesaba materialescomplejos en un horno de Cuba. Las segundas contaban con el proceso devolatilizacin y la fundicin de Siberia dispona de hornos de volatilizacin directade minerales de baja ley.

Mientras que en Bolivia, recin en 1968, los ingenieros P. Wright y Miguel Tejadadecidieron construir el primer horno de volatilizacin tipo Kolodin, trabajorealizado por ingenieros bolivianos en los predios de la ex Metabol. Este hornocircular era enfriado por una pelcula de agua aplicada desde el exterior.

El objetivo principal era resolver la produccin no deseable de hard head cuando lareduccin en el proceso era alta. En efecto, hasta la introduccin del horno devolatilizacin para procesar escorias, en el proceso de reduccin se produca el hardhead o cabeza dura, - - compuesto de estao-hierro que deba ser re-circulado - y deeste proceso - de varias etapas - se obtena un metal con elevado contenido en hierroque dificultaba la refinacin y se produca una cantidad elevada de subproductosque re-circulaban en la Fundicin. El Diagrama siguiente muestra la relacin deFe/Sn en la escoria frente al hierro en el metal.

Diagrama Fe/Sn

RELACION DE HIERRO EN FUNCION DEL CONTENIDO DE LA

Fe/Sn EN LAESCORIA

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

1,9 ESCORIA DEL ESTAOA 1.250 C

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

HIERRO METALICO CRUDO

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2.2. Fundicin de Estao de Alta Ley

Con la instalacin de la Fundicin de Estao de Vinto por la empresa Klockner deAlemania, se da inicio a la moderna metalurgia en el pas, incorporando el hornoFuming y la electrlisis del estao en base al cresol sulfnico.

Esta Fundicin fue construida (1970 al 1975) por etapas hasta alcanzar la capacidadactual de aprox. 48,000 tons anuales de concentrados de Alta Ley (45 55%Sn).Dispone de dos hornos de tostacin de 7 y 9 pisos; de cuatro hornos reverberos (36y 54m 2) actualmente ineficientes por su baja eficiencia trmica y de tres hornos devolatilizacin de 30 hasta 60 tons/da cada uno.

Inicialmente se dispuso de la refinacin electroltica en base al cresol sulfnico,mejorado por los propios ingenieros de ENAF mediante el cambio al cresol fenolsulfnico que dio un producto de alta calidad internacional (99.98 %Sn) con marcaregistrada en el LME. Posteriormente (1989), se introdujo la refinacin porcristalizador de la Yunnan Tin Corporation (tecnologa de la RP China) y semodificaron los hornos para reemplazar el diesel por gas natural de mayorrendimiento y menor costo.

Esta planta est diseada para procesar concentrados con contenidos flexibles enhierro, segn:

6% SnR Sn/Fe25-511.40-3.71

Grfico 2: Fundicin de Estao de Alta Ley

FUNDICION DE ESTAO DE ALTA LEY(Simplificado)

45 55 % Sn

TOSTACION (Sn /Fe 3,5)

As / SO2

ESCORIA 7 % Sn (>Fe)

REDUCCIONREVERBEROS

POLVOS

METAL CRUDO

VOLATILIZACION

REFINACIONTERMICA

ESCORIA FINAL (Fe)< 0,5 % Sn

CRISTALIZADOR

METAL REFINADO

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La fundicin de alta ley fue considerada la ms avanzada tecnolgicamente hastafinales de la dcada de los 80, especialmente por el xito alcanzado en el procesode volatilizacin, con escorias finales del 0.3% Sn.

2.3. Fundicin de Estao de Baja Ley

Esta planta fue diseada por la Klockner y la activa participacin en su concepcinpor tcnicos bolivianos (J. Lema; R. Torrico) y rusos (Suturin); Para tratar diversosmateriales de media y baja ley atendiendo a las necesidades de Comibol de procesarlos polvos de estao que deberan ser provistos por la Planta de Volatilizacin de LaPalka en Potos, adems de concentrados de baje ley de los ingenios de Comibol.Esta planta implemento tecnologas de avanzada como el horno cicln (80 tpd) paraprocesar los minerales de baja ley, para este efecto se realizaron pruebas piloto enel Instituto de Investigaciones de Metales de Praga y en la Universidad de Aachen(ex Alemania Oriental); del horno elctrico (3.300 KVA) con capacidad de 48.7 tpd,para reducir directamente los polvos de la Palka y otros materiales xidos re-circulantes; y el horno de volatilizacin de alta capacidad, 80 tpd, segn se muestraen el grfico.

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Grfico 3: Fundicin de Estao de Baja Ley

FLUJOGRAMA DE LA FUNDICION DE ESTAODE BAJA LEY (Simplificado)

CONCENTRADOSBAJA LEY

POLVO

OXIDOS POTOSI

VOLATILIZACIONCICLON

ESCORIAS> Fe< Sn

PELETIZACION

POLVOS

ESCORIAS7 % Sn< Fe

REDUCCIONHORNO ELECTRICO

VOLATILIZACIONESCORIAS

ESCORIA FINAL0,3 % Sn

( + ) Actual Cristalizador

ESTAO CRUDO

REFINACIONTERMICA

REFINACIONAL VACIO(+)

METAL REFINADO

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Esta Fundicin de Baja Ley fue diseada

para una capacidad de produccinmetlica de 10,000 tpa, procesando 5,000 tons de polvos (55%Sn; 1.5%Fe) y25,000 tons de minerales de baja ley (26%Sn; 20%Fe). Como se aprecia estafundicin tiene un alto nivel de flexibilidad para recibir minerales con altoscontenidos en hierro, constituyndose nica en su gnero en el mbito internacional.

Tabla 1: Relacin Estao Hierro en la Alimentacin

Una particularidad de esta planta es que el horno de volatilizacin puede cargar un70% de carga slida directa. El metal debera ser refinado inicialmente por lossistemas de refinacin trmica y al vaco desarrollados por Machinoexport de la exUnin Sovitica y de Pal Bergsoe de Dinamarca. La tecnologa de refinacintrmica y al vaco permita refinar un metal crudo con elevadas impurezas segn:

Tabla 2: Metal Crudo Esperado en la Baja Ley

Como se aprecia, la refinacin tiene la tecnologa para eliminar impurezas elevadasen plomo, bismuto con altos contenidos en antimonio.

Debido a que la Palka no inici en forma continua sus operaciones, fue necesarioutilizar las instalaciones de la Baja Ley como apoyo a la Fundicin de Alta Ley deVinto, y procesar directamente en el horno elctrico los concentrados de alta ley. Larefinacin al vaco ha sido reemplazada (1992) por el cristalizador chino y seintrodujo el gas natural como carburante a toda la planta.

La refinacin con el cristalizador chino coloca a Vinto junto a la Fundicin deMinsur y de la Yunnan Tin Corp. entre las ms modernas. Sin embargo laeficiencia de esta planta ya no es competitiva con el proceso Ausmelt tambininstalado en las fundiciones mencionadas.

10RelacinSn/FePromedioMedia Ley0.97 3.713.39Baja Ley0.90 - 1.801.43

%Sn%Sb%As%Pb%Cu%Bi%Fe%Zn85-902.53.52.50.50.40.50.5

3. Antecedentes del Proceso Ausmelt

3.1. Desarrollo del Ausmelt Aplicado a los Concentrados en la Fundicin deEstao

El proceso Ausmelt fue concebido a principio de los aos 70 por el profesor JohnFloyd y desarrollado en Australia. Este sistema fue desarrollado inicialmente paraprocesar concentrados de estao y posteriormente se mostr su aplicacin en lametalurgia del cobre y en el tratamiento de escorias y residuos de zinc. En lametalurgia del estao es empleado con xito en:

3.2. Yunnan Tin Corporation en la RP China

La nica fundicin Ausmelt instalada por la Yunnan Tin Corporation procesa50,000 toneladas anuales de concentrado de estao y de materiales de re-circulante,para producir aproximadamente 25,000 toneladas anuales de producto de estao dela Marca YT. El horno Ausmelt puesto en marcha en el ao 2002 remplaz 7hornos reverberos. La planta alcanz produccin a plena capacidad dentro de lasseis semanas de la puesta en marcha y se encuentra en operacin en la capacidaddiseada.

3.3. Funsur (Minsur) en el Per

Se realiz un trabajo de desarrollo preliminar para Funsur, incluyendo pruebas delaboratorio, estudios de pre-factibilidad, estudios de factibilidad, programas depruebas en planta piloto y estudios de diseo.

Funsur comision a Ausmelt para el diseo de una fundicin de estao para eltratamiento de 30,000 tpa de concentrados de estao y recientemente ha expandido a50,000 tpa mediante el enriquecimiento del aire con oxgeno. La planta est enoperacin por 6 aos y generalmente se la reconoce como una de las mejores en elmundo.

4. Proceso Ausmelt Recomendado para la Fundicin de Vinto

En base a la informacin existente sobre los concentrados disponibles, se ha concebido elsiguiente esquema para modernizar la Fundicin de Vinto:

La Planta propuesta consistir en un nico horno Ausmelt TSL. Un resumen de lacomposicin promedio de estos materiales de alimentacin se muestran en la Tabla 3.

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Tabla 3: Resumen de la Composicin de Material de Alimentacin

*El promedio estimado para sulfuro en el concentrado difiere de la data proporcionada por Vinto (7.03%).

Se propone el uso de carbn vegetal como carbn reductor para el proceso. El anlisis delcarbn vegetal se muestra en la Tabla 4.

Tabla 4: Anlisis de Carbn Vegetal

El carburante utilizado para el proceso ser el gas natural. Se utilizar la infraestructuradisponible para suministro, almacenaje adecuado y confiable de carbn vegetal, flujo depiedra caliza, energa elctrica y agua.

Se espera producir un metal crudo de la siguiente composicin para su refinacin posteriorpor va trmica/cristalizador:

Tabla 5: Anlisis, Refinacin del Estao Subproducto

12% Sn%S%As%Sb%Zn%Fe%Pb%Bi%CuSiO2Al2 O3RBG Huanuni58.874.950.310.030.066.220.060.080.099.524.42Colquiri42.437.940.280.022.3414.160.070.040.0517.563.51Cooperativas61.385.250.110.020.264.850.050.10.065.423.11Comercializadoras60.224.260.250.040.254.470.090.210.067.524.02Minera Mediana61.532.640.320.040.134.020.210.440.028.393.92Minera Chica45.425.160.380.030.136.860.060.060.17.554.1*Promedio55.18%5.49%0.26%0.03%0.68%7.49%0.07%0.11%0.07%10.21%3.85%

Refinacin Trmica %SnSAsSbPbBiCuFeMetal Crudo> 960.010.550.410.900.300.891.42Metal Trmico98.66

0.050.051.000.23

CristalizadorSnSAsSbPbBiCuFeMetal Trmico98.66

0.010.051.000.23

Metal Refinado99.96

0.018

Sn/Pb/Bi80.60

0.050.0116.452.70

Sub Products %SnSAsSbPbBiCuFeCenizas de Cobre53.503.000.140.400.850.4819.50

Na/As Drosses71.70

13.000.960.240.180.06

Sb/Al Drosses76.40

0.554.550.680.200.09

Cenizas Na/Al81.90

0.270.270.360.350.12

AnlisisAproximado%Carbn FijoVoltilesCenizasHumedad72.316.99.88.3Tamao requerido+10-25mm

4.1. Premisas del Diseo

La introduccin del proceso Ausmelt en la Fundicin de Vinto se sustentara en lassiguientes premisas:

La capacidad mxima de procesamiento de la Planta ser deaproximadamente 29,000 toneladas secas por ao de concentrados de estao;Se utilizar gas natural como carburante para la lanza del Ausmelt;Se utilizar carbn vegetal como reductor para la operacin;No se ha considerado necesario el enriquecimiento de oxgeno;Un periodo de operacin conservador de 300 das;Se utilizara el sistema de manipuleo existente de la alimentacin, delproducto y del gas;Todos los servicios (aire comprimido, agua, gas natural) estarn disponiblesen una calidad y cantidad suficiente como para operar la fundicin bajoestndares aceptables:Estao crudo ser transferido a la refinera existente para su refinacin vatrmica y refinacin.Escorias coladas del horno sern granuladas o vertidas en moldes para suventa o desechado.Todos los polvos sern colectados en el sistema de manejo de gas yreciclados al horno Ausmelt.

4.2. Esquema del Proceso

En base a lo indicado, se dispondr de una Planta que produzca 16,000 toneladasanuales de estao crudo adecuado para su posterior refinacin, segn las etapasindicadas en la Tabla 5.

La tecnologa Ausmelt cumple con los requerimientos de procesamientos de Vinto,debido a lo siguiente:

Permite una produccin continua en el sitio de estao crudo de alta calidad;Logra una elevada recuperacin directa de estao a metal, con unarecuperacin total de 98% al producto de estao crudo;Alcanza un excelente desempeo ambiental al asegurar bajos niveles depolvo y emisiones voltiles;Produciendo:

-

- estao crudo con un contenido de estao mayor a 96%, apto parasu refinacin posterior.escoria con un bajo contenido de estao adecuado para serdesechado o vendido.

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El sistema Ausmelt propuesto utiliza un nico horno que opera bajo un proceso deciclo de tres etapas. El flujograma del proceso propuesto se muestra en el Grfico 5.

4.3. Fundicin de Concentrados

El sistema de manipuleo de la alimentacin entrega una alimentacin combinadaque consiste en:

Concentrados de estaoFlujo de piedra calizaProducto de polvos reciclado.

Cada una de estas alimentaciones debe ser pesada y transportada a una mezcladoradonde una adicin controlada de agua permite la formacin de pellets. Estominimiza que finos secos sean alimentados al horno y sean arrastrados en el offgas.El material preparado es luego alimentado junto con el carbn vegetal, al horno enoperacin a 1150C.

La adicin de piedra caliza como flujo es utilizada para manejar la temperatura yviscosidad de los lquidos de la escoria.

Durante la etapa de fundicin, el estao es colado del horno a intervalos regulares.La alimentacin es aadida en forma continua durante la etapa de fundicin. Aintervalos regulares, el metal de estao es colado del horno, sin interrumpir laalimentacin. A medida que la fundicin progresa, el volumen de la escoria seincrementa hasta que la capacidad del horno es alcanzada. En este punto, se detienela fundicin y comienza la reduccin de la escoria.

La operacin de colado final del metal est programada para efectuarse justo antesdel inicio de la reduccin.

4.3.1. Reduccin (Primaria)

La etapa de reduccin comienza con el volumen de escoria en el bao delhorno a su nivel mximo. Con todos los materiales de alimentacin, flujo yreciclaje detenidos, los flujos de combustible se ajustan para incrementar latemperatura del bao a su temperatura de operacin de 1200C. Se aadecarbn vegetal, asegurando condiciones adecuadas para la remocin deestao de la escoria a un valor esperado de 5%.

El metal es colado del horno a la conclusin del primer paso de reduccin.La escoria reducida producida durante esta operacin se mantiene en elhorno para mayor reduccin en la siguiente etapa.

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4.3.2. Reduccin (Secundaria)

Los niveles de aire en la lanza y combustible son ajustados para calentar ymantener la temperatura de bao de la escoria en 1300C. Se aade entoncescarbn vegetal en forma progresiva para generar un oxgeno potencialapropiado para la reduccin de estao de la escoria a un nivel final

La escoria reducida es colada desde el horno a los moldes o a un sistema degranulacin. Una mnima cantidad de escoria se queda en el horno parapermitir que comience el siguiente ciclo de fundicin.

El metal con elevado hierro/estao se deja en el horno para que sea diluidodurante el subsiguiente ciclo de fundicin. Esto permite lograr el re-equilibrio entre el hierro en el metal y el hierro en la escoria para reducir lacantidad de hierro retirado del horno en el subsiguiente producto de metal

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Grfico 4: Horno Ausmelt

Todas las Etapas (Fundido y Reducciones)Ocurren en el Mismo Horno

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Grfico 5: Flujograma Propuesto para la Fundicin de los Concentrados de Vinto

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Tabla 6: Resumen del Balance Msico

5. Reciclado de Polvos

Tanto los polvos de las etapas de Fundicin y Reduccin (primaria y secundaria) serncombinados y devueltos como material de reciclado. La cantidad de los polvos dependerdel contenido de sulfuro del concentrado. Los de vaporizacin son proporcionales al nivelde sulfuro de los concentrados y a mayor contenido de sulfuro, mayor la proporcin devaporizacin, por lo que las cantidades requeridas de reciclado de polvos son mayores.Relaciones mayores de fuming llevan a mayores volmenes de offgas debido a la necesidadde post combustin del SnS a SnO2 con la adicin de aire de post combustin encima delbao.

La Tabla 7 proporciona la relacin de la vaporizacin indicativa para diferentes niveles enlos concentrados.

Tabla 7: Relacin de Reciclado de Polvos

*% de adicin de polvos en proporcin a la adicin de concentrado de Sn

El reciclado de polvos y en consecuencia los volmenes de off gas pueden disminuirse,reduciendo el sulfuro en la alimentacin. Una carga inferior de reciclado de polvos puedereducir el tamao del horno y el equipo auxiliar requerido para tratar las 29,000 toneladasde concentrado propuestas.

Una sangra de polvos podra ser requerida en forma peridica para prevenir laacumulacin de zinc.

18ENTRADAT/Annual%Sn%S%Fe%ZnMezcla de Concentrado29,00055.25.5.7.50.7Piedra Caliza (52% CaO)3,400

0.5

Carbn Vegetal8,400

3Gas Natural Nm /ao)13,000,000

SALIDAT/A%Sn%S%Fe%ZnMetal (Fundido)14,00098.0

0.40.1Metal (Reduccin Primaria)2,00096.0

3.20.5Metal Total16,000

Escoria (Reduccin Secundaria)10,0001.5

22.01.9

%S en Concentrados% Reciclado de Polvos *5.5433.0321.021

6. Conclusiones y Recomendaciones

El proceso Ausmelt indicado, es el que se recomienda introducir en Vinto a la brevedadposible para poder competir con las Fundidoras extranjeras especialmente con la RP Chinaque est comprando concentrados de Bolivia con maquilas inferiores a las ofrecidas porVinto. Se estima que el proceso Ausmelt al reemplazar en una sola unidad (horno) dosoperaciones de reduccin y volatilizacin tendr un ahorro en combustible, mayorproductividad por rea til y menor capital operativo de aprox. $us 150/ton, que para lacapacidad propuesta de 30,000 tons anuales significara un ingreso de $us 4.5 millonesanuales suficientes para pagar en dos anos la inversin prevista para la modernizacin deVinto, incluyendo la rebaja de la maquila en trminos competitivos con el exterior.

7. Bibliografa

J. Lema Patio: Fuming of Tin Slags. IV conferencia Tcnica del Estao, Malasia,1974.

Empresa Nacional de Fundiciones: Descripcin del Complejo Metalrgico de Vinto,1977.

Empresa Nacional de Fundiciones: Fundicin de estao de Baja Ley, 1978.

Empresa Nacional de Fundiciones: Memoria Tcnica, 1978.

J. Lema Patio. Optimization of the Processing of Tin concentrates. CanadianMetallurgical Quarterly, 1982.

N. Murach. Metallurgy of Tin,1967.

P.A. Extractive Metallurgy of Tin, 1982 .

Ausmelt, Estudio para la Incorporacin del Horno Ausmelt en Vinto, 2003.

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