이스스멜트

ISASMELT
세계 각지의 제련소에서 이 기술이 받아들여지면서 이스마멜트 용해로의 설치 사료 용량이 커졌다. 그래프 제공: Xstrata Technology.

ISASMELT 공정은 1970년대부터 1990년대까지 마운트 이사 마인즈(MIM 홀딩스의 자회사, 현재 글렌코어의 일부)와 호주 CSIRO 정부가 공동으로 개발한 에너지 효율 제련 공정이다. 제련공정에 드는 자본금과 운영비가 비교적 낮다.

납, 구리, 니켈 제련에 ISASMELT 기술이 적용됐다. 2021년 현재 11개국 22개 공장이 가동 중이며, 이사산에 위치한 3개 시범공장도 함께 가동 중이다. 2020년 구리/니켈 운영 공장의 설치 용량은 납 운영 공장 전체에서 연간 976만 톤, 연간 75만 톤이었다.[1]

구리 ISASMELT 공정에 기반한 제련소는 세계에서 가장 저렴한 제련소 중 하나이다.[2]

ISASMELT 용광로

ISASMELT 용광로는 직립-실린드 형태의 강철 용기로, 내화벽돌로 줄지어 있다.[3] 용해로 바닥에는 슬래그, 무광 또는 금속(용도에 따라 다름)으로 녹인 욕조가 있다. 쇠창살은 용광로 지붕의 구멍을 통해 욕조 안으로 내려가고, 창살을 통해 욕조 안으로 주입되는 공기나 산소가 풍부한 공기는 욕조의 격렬한 동요를 일으킨다.

이즈멜트 용광로의 멀리 보이는 풍경. 이미지 제공: Xstrata Technology.

광물 농축액이나 재활용 재료는 용광로 지붕의 또 다른 구멍을 통해 욕조 안으로 떨어지거나 경우에 따라 랜스 아래로 주입된다. 이러한 공급 물질은 주입된 기체의 산소와 반응하여 작은 부피(다른 제련 기술과 관련)에서 집중적인 반응을 일으킨다.

ISASMELT 랜스는 주입된 가스가 랜스 안에서 회전하게 하여 랜스 벽에 대고 억지로 냉각시키는 "스위러"라고 불리는 하나 이상의 장치를 포함하고 있다. 소용돌이는 환상 흐름을 형성하는 중심 파이프 주위의 곡선 베인들로 구성된다. [4] 이들은 축방향에서 접선방향으로 각도를 변경하여 강한 소용돌이를 발생시키는 압력 손실을 최소화하도록 설계되어 있다.[5] 소용돌이는 욕조 안의 산소와 액체와 고체를 혼합하는 것을 돕는다.[6] 냉각 효과로 인해 슬래그 층이 랜스 외부에 "동결"된다. 이 단단한 슬래그 층은 아궁이 내부의 고온으로부터 랜스를 보호한다. 욕조에 잠겨 있는 창끝은 결국 닳아 없어지고, 닳은 창은 필요할 때 쉽게 새것으로 교체된다. 마모된 팁은 이후 잘려나가고 새로운 팁을 랜스 본체에 용접한 후 용광로로 돌아온다.

ISASMELT 용해로는 일반적으로 용도에 따라 1000–1200 °C 범위에서 작동한다.[3][7] 용광로의 내부 라이닝을 형성하는 내화벽돌은 용광로 내부의 열로부터 강철 껍데기를 보호한다.

제품들은 "테이핑"이라고 불리는 공정에서 하나 이상의 "탭 구멍"을 통해 용광로에서 제거된다. 이는 연속적으로 제거하거나 일괄적으로 제거할 수 있으며, 탭 구멍은 탭 끝에 점토로 막혔다가 드릴로 다시 열창 또는 다음 탭 시간이 되면 열창으로 다시 열창으로 다시 열 수 있다.

제품은 회전식 홀딩고로나 전기로와 같은 정착용기에서 분리할 수 있다.

황화물 농축액을 용해하는 동안, 사료를 가열하고 녹이는 데 필요한 에너지의 대부분은 농축액에 있는 황과 철로 인한 산소의 반응에서 비롯된다. 그러나 소량의 보충 에너지가 필요하다. ISASMELT 용해로는 석탄, 콜라, 석유 코크스, 석유 및 천연 가스를 포함한 다양한 연료를 사용할 수 있다. 고형연료는 다른 사료 재료와 함께 용광로 상단을 통해 첨가하거나 랜스 아래로 주입할 수 있다. 액체 연료와 기체 연료가 랜스 아래로 주입된다.

ISASMELT 공정의 장점

ISASMELT 용광로는 일반적으로 컨베이어 벨트에서 용광로로 떨어지는 습한 농축액으로 공급된다. 이미지 제공: Xstrata Technology.

ISASMELT 프로세스의 장점은 다음과 같다.

  • 발자국이 작은 높은 생산성: 이사산에 있는 글렌코어의 구리 제련소는 직경 3.75m의 단일 용광로를 통해 100만 t/y가 넘는 구리 농축액을 처리한다.[3] 작은 설치 공간으로 인해 기존 제련소의 공간 제약이[8][9] 큰 개조에 적합
  • 간단한 작동: ISASMELT 용해로에서 직접 벨트 컨베이어에서 용해로로[10] 공급될 수 있으므로 광범위한 공급 준비가 필요하지 않음
  • 높은 에너지 효율성: 이사산 구리 제련소에 ISASMELT 용해로를 설치하면 이전에 사용되었던 로스터[2] 및 잔향로에 비해 에너지 소비량이 80% 이상 감소(황화물 농축액에 포함된 고유 에너지를 더 잘 사용함)
  • 공급 유형의 유연성: ISASMELT 용해로는 높은 수준의 자석을 [11]포함한 광범위한 구성 성분과 [10]구리 고철 및 납 산화물 배터리[12] 페이스트와 같은 2차 물질로 구리, 납 및 니켈 농축액을 녹이는 데 사용되어 왔다.
  • 연료유형의 유연성: ISASMELT 용해로는 제련소 위치에서[3] 가장 경제적인 것에 따라 등급이 다양한 덩이탄, 코크스(펌프 또는 미세), 석유 코크스, 석유(재활유를 포함한다), 천연가스, 액화석유가스 등 다양한 연료로 운영이 가능하다.
  • 높은 턴다운 비율: 단일 ISASMELT 설비에 대한 공급 속도는 농축액의 가용성과 제련소의 요구에 따라 쉽게 증가하거나 감소할 수 있다.
  • 저사료 이월: ISASMELT 용해로는 일반적으로 폐가스를 이월하여 사료의 약 1%가 손실되는데, 이는 퇴로를[3] 위해 용해로에 반환해야 할 재료가 적다는 것을 의미한다.
  • 유효 배출억제: 용해로 상부에 2개의 개구부만 있기 때문에 모든 배출물을 쉽게[10] 포착할 수 있음
  • 유해한 소성분 소성분의 높은 제거: ISASMELT 용해로 슬래그에 주입된 기체의 플러싱 작용으로 인해 구리 ISASMELT 용해로는 제품 구리의[13] 특성에 유해한 영향을 미칠 수 있는 비스무트, 비소 등의 소성분이 많이 제거됨
  • 폐가스 내 높은 아황산가스 농도: 산소농축 사용으로 ISASMELT 식물은 폐가스 흐름 내 높은 아황산 이산화물 농도를 갖게 되어 산성식물은 건설 및 운영 비용이 저렴하게 된다.
  • 상대적으로 낮은 운영 비용: 프로세스의 에너지 효율성, 단순 공급 준비, 이동 부품의 상대적 부족, 낮은 공급 이월 속도, 낮은 노동 요구 사항 및 착용 시 랜스 및 내화 라이닝 교체 용이성이 ISASMELT 프로세스에 상대적으로 낮은 운영 비용을[10] 제공
  • 비교적 낮은 자본비용: ISASMELT 용해로 건설의 단순성과 건조 없이 농축액을 처리할 수 있는 능력이 다른 제련 공정보다 저렴하다.[10][14]

프로세스 기록

초기 개발 작업(1973–1980)

ISASMELT 과정의 역사는 1973년 CSIRO에서 Drs Bill Denholm과 John Floyd에 의해 시로스멜트 랜스의 발명으로 시작되었다.[15][16] 랜스는 양철 흡광 공정 개선의 조사 결과 개발되었으며, 이 과정에서 상위 진입 물 속에 잠긴 랜스를 사용하면 열 전달 및 대량 전달 효율성이 향상된다는 사실이 밝혀졌다.[16]

최상층 침하 랜스의 아이디어는 적어도 1902년으로 거슬러 올라간다. 당시 프랑스 클리치에서는 그러한 시스템이 시도되었다.[17] 그러나 목욕탕의 침하장치의 수명이 짧기 때문에 초기 시도는 실패했다. 미쓰비시 구리 제련과정은 용광로에서 랜스를 사용하지만 욕조 안에 잠겨 있지 않는 하나의 대안적 접근법이다. 대신, 그들은 슬래그 표면에 산소가 풍부한 공기를 불어 넣는다.[18] 마찬가지로 수냉식 탑젯 랜스도 LD(Linz-Donawitz) 제강 공정의 기초였다. 이것은 욕조에서 물에 잠긴 창과 같은 강도의 혼합을 만들어내지 못한다.[16]

CSIRO 과학자들은 처음에 수냉식 랜스 시스템을 사용하여 물에 잠긴 랜스 시스템을 개발하려고 시도했지만, "수냉식 랜스의 크기가 문제가 되었을 것"[16] 때문에 공냉식 시스템으로 이동했다. 녹은 금속과 슬래그와 관련된 시스템에 물을 도입하면 1975년 11월 스쿤토르페 제철소에서 11명이 목숨을 잃은 것과 같은 치명적인 폭발을 초래할 수 있다.[19]

시로스멜트 랜스에 소용돌이를 포함시키고 랜스에 슬래그(slag)를 스플래시 코팅한 것이 물에 잠긴 랜스 제련에 성공적인 발전을 이끈 주요 혁신이었다.

1973년부터 CSIRO 과학자들은 시로스멜트 랜스를 사용하여 호주의 산업용 슬래그에서 금속을 회수하기 위한 일련의 실험을 시작했는데, 여기에는 포트피리의 부서진 언덕 관련 제련소의 납 유연제 슬래그, 시드니에 있는 연합 틴 제련소의 주석 슬래그, 전해질 정제 및 제련소의 구리 컨버터 슬래그 등이 포함된다.R&S") 타운즈빌에 있는 코퍼 정유 회사(MIM 홀딩스의 다른 자회사)의 포트 켐블라 공장(1975) 및 구리 양극로 슬래그와 이사 산(1977)의 구리 컨버터 슬래그.[16] 그 후 이 작업은 주석 농축액(1975)과 황산 주석 농축액(1977)을 제련하는 단계로 진행되었다.[16]

MIM과 ER&S가 공동으로 1975년 포트켐블라 컨버터 슬래그 치료 실험에 자금을 지원했고 MIM의 개입은 타운즈빌과 이사 산의 슬래그 치료 작업에도 계속되었다.[20]

구리 슬래그 처리 작업과 병행하여 CSIRO는 주석 제련 작업을 계속하고 있었다. 1978년 APTIN 제련소에 설치된 슬래그에서 주석을 회수하기 위한 5톤("t") 공장, 애버포일 유한회사(Averfoyle Limited)와 협력하여 첫 황산제련 시험 작업 등이 이 프로젝트에서 포함되었는데, 애버포일은 금속 광석과 혼합 주석과 구리 농축액에서 주석을 훈증 처리했다.[21] 애버포일은 시로멜트 랜스 접근법을 이용해 클리블랜드의 광산인 태즈메이니아와 태즈메이니아 지한 인근의 퀸힐 광석지대 등 복잡한 광석에서 주석 회수를 개선할 가능성을 조사하고 있었다.[22][23]

애버포일 공사는 1980년 말 서부호주 칼골리 남쪽에 위치한 웨스턴광업주식회사 칼골리 니켈리턴 제련소의 4 t/[23]h 주석 무광 훈증 시범공장을 건설하고 운영하게 되었다.

리드 ISASMELT 개발

소규모 작업(1978–1983)

1970년대 초, 선도적인 제련 산업의 주축이었던 전통적인 용광로 및 신터 플랜트 기술은 보다 엄격한 환경 요구, 에너지 비용 증가, 금속 가격 하락, 자본 및 운영 비용 상승으로부터 지속적인 압력을 받고 있었다.[15]

많은 제련회사들이 소결공장과 용광로를 대체할 새로운 공정을 찾고 있었다. QSL 납 제련 공정, 키베트 공정, 칼도 상판 회전 변환기, 아우토쿰푸의 성공적인 구리 및 니켈 플래시 용해로 적응 등이 가능했다.[24]

MIM은 이사산 선도 제련 사업의 미래를 보호할 방법을 찾고 있었다. 그것은 다음과 같은 두 가지 방법으로 이것을 했다:

  1. 기존 운영의 환경 및 운영 성과를 개선하기 위한 노력
  2. 새로운 기술 [15]조사

MIM은 키베트 공정을 제외한 당시 모든 공정 옵션에 대해 Isa 마운트 리드 농축액의 대규모 소포에 대한 플랜트 테스트를 주선해 신기술을 조사했다. 동시에 미쓰비시·칼도 공정에서 탑제트 랜스를 사용하고, 1960년대 아사르코(MIM 홀딩스 주주 등 MIM과 오랜 연계를 맺고 있던)가 진행한 탑제트렌스 조사도 알고 있었다. 이로 인해 시로스멜트 랜스에 대한 MIM의 관심이 자극되었는데, 이는 강건하게 물에 잠긴 랜스를 생산하는 방법으로 보였다.[15]

1976~1978년 구리 슬래그 실험에 이어 MIM은 1978년 CSIRO와 공동 프로젝트를 시작, 시로스멜트 랜스를 제련에 적용할 가능성을 조사하기 시작했다.[7]

작업은 평형 열역학(1978년)을 모델링한 컴퓨터로 시작했으며, 대형 알루미나 규산염 십자가형을 이용한 실험실 벤치 규모의 시험 작업(1978년–1979년)이 이어졌다. 결과는 MIM이 이사산에 120 kg/h의 시험 장치를 만들었을 정도로 충분히 고무적이었다. 1980년 9월에 운영을 시작했다. 이것은 이사산 납 농축액에서 납괴를 생산하는 2단계 공정을 개발하는데 사용되었다. 첫 번째 단계는 피드의 황을 사실상 모두 제거하여 슬래그에 많이 수집된 납 산화(PbO)로 산화시키는 산화 단계였다(일부는 납 회수를 위해 반환된 납 산화 흄으로서 용해로에서 수행되었다). 두 번째 단계는 납에서 산소를 제거하여 납 금속을 형성하는 감소 단계였다.[7]

ISASMELT 시범 공장(1983–1990)

MIM은 120kg/h 테스트 작업에 이어 이사산 납제련소에 5t/h 리드 ISASMELT 시범공장을 계속 설치하기로 했다. 애버포일의 무광 훈화로를 사들여 칼굴리에서 이사산으로 운반하였는데, 1983년[16] 지속적인 운용에서 1단계를 시연하고 고선슬래그 묶음을 이용한 저감 단계를 시험하기 위해 재건·임시되었다.[25]

시범공장의 주요 특징 중 하나는 납제련소 내 운영 인력에 의해 마치 운영의 공장인 것처럼 운영된다는 점이었다.[15] 납 농축액의 지속적인 제련에 의해 생성된 높은 납 슬래그는 이후 신터 공장에서 처리되어 납 제련소의 생산량을 최대 17%[26]까지 증가시켰다. 이것은 그 공장에 대한 운영자들의 소유권과 그것을 작동시킬 동기를 부여했고, 따라서 관리 및 유지보수의 우선 순위를 보장했다. 또한 MIM은 정상적인 직원과 감리가 가능한 생산 환경에서 작동할 수 있을 만큼 간단한 공정과 정상적인 제어 이탈을 견딜 수 있을 만큼 견고하다는 확신을 주었다.[15] 고선도 슬래그를 생산하기 위한 납 농축액의 지속적인 운용과 더불어, 슬래그 묶음으로부터 납금속을 생산하고,[25] 용해로의 내화 라이닝과 랜스의 마모율을 조사하며, 저압 버전의 시로스멜트 랜스를 개발하는 것을 목적으로 한 초기 작업에 시범 공장을 사용하였다. 그 결과 초기 값인 약 250킬로파스칼(gauge)("kPag")보다 상당히 낮은 압력에서 작동할 수 있게 되어 운영비를 절감할 수 있었다.[7]

MIM은 첫 번째 고로 옆에 동일한 두 번째 고로를 만들어 1985년 8월에 위탁했다. 이러한 용해로 조합은 1987년 중반 연속 운전에서 2단계 공정을 시연하기 위해 사용되었다.[25] 그러나 대부분의 시간 동안 두 용해로는 폐가스에서 납 먼지를 걸러내는 데 사용되는 집진장치 용량의 제약으로 인해 동시에 작동할 수 없었다.[25]

일련의 공정 개선, 특히 폐가스 취급 시스템에서 발전소의 처리량을 초기 설계인 5 t/h에서 10 t/h로 증가시켰다.[10] 시범공장은 1989년 4월까지 12만 5천 t 이상의 납 농축액을 처리했다.[12]

이 두 용광로는 이사산 납 제련소의 찌꺼기 작업에서 납을 회수하는 공정을 개발하는 데도 사용되었다.[25]

ISASMELT 시범 발전소(1991-1995)

MIM 홀딩스 이사회는 시범 플랜트 작업 결과를 토대로 6만 t/y의 납괴를 생산할 수 있는 6,500만[27] 달러 규모의 실증 플랜트 건설을 승인했다.[25] 이 공장은 1991년 초부터 1995년까지 가동되었다.[28] 초기에는 27%까지 농축된 랜스 공기를 사용하여 20 t/h의 납 농축액을 처리하도록 설계되었다. 그러나 당초 용도를 위해 지정된 산소는 수익성이 높은 구리 제련작업으로 전용되었고, 선도적인 ISASMELT 시범공장의 공급률은 심하게 제한되었다.[28] 1993년에 농축 수준을 33–35%로 증가시킬 수 있는 충분한 산소가 사용되었을 때, 최종 환원로 슬래그의 잔류 리드가 2–[28]5% 범위에 있는 상태에서 최대 36 t/h의 농축액의 처리 속도를 달성했다.

ISASMELT 리드 제련에 대한 2단계 접근방식은 부분적으로 Isa 마운트 리드 농축액의 상대적으로 낮은 리드 함량(일반적으로 리드 ISASMELT 개발 기간 동안 47~52% 리드 범위)에 의해 추진되었다.[7][29][30] 이렇게 농축 등급이 낮은 단일 용해로에서 납괴를 생산하려고 하면[7] 납을 회수하기 위해 고로로 반환해야 하는 엄청난 양의 물질이 산화 납을 과도하게 가열하게 되고 결과적으로 고로 온도로 가열해야 하므로 에너지 수요가 높아진다.

납 성분이 더 높은 농축액은 과도한 훈증 없이 단일 용해로에서 납금속에 직접 용해될 수 있다.[7] 이는 67%의 납을 함유한 4000 t의 농축액을 27%의 랜스 공기로 최대 32 t/h의 비율로 처리한 1994년에 대규모로 입증되었다. 이러한 시험 동안 농축액 내 납의 50%가 제련로 내 납괴로 전환되었고, 나머지는 제련로 슬래그 내 납산화물로 전환되었다.[28]

선도 ISASMELT 시범공장과 마찬가지로 선도 ISASMELT 시범공장은 폐가스 처리 시스템에 의해 부과된 제약에 시달렸다. 실증공장의 경우 폐열보일러의 대류관 다발에 단열층을 형성한 끈적끈적한 연무로 인해 열전달률이 현저히 낮아져 폐가스 온도를 낮출 수 있는 보일러의 능력이 문제가 됐다.[12] 발전소는 집진장치를 이용해 폐가스에서 납 흄을 걸러냈기 때문에 고온으로 가방이 손상되는 지점 이하로 가스의 온도를 낮출 필요가 있었다. 집진장치가 작동할 수 있는 수준까지 온도를 낮추기 위해 차가운 공기가 뜨거운 폐가스와 섞일 수 있도록 해 문제를 해결했다.[12] 이로써 ISASMELT 공장은 집진장치로 걸러질 수 있는 가스의 부피에 의해 다시 제한되었기 때문에 용량이 줄어들었다.

ISASMELT 시범공장은 1995년에 그것과 나머지 납 제련소 모두를 가동시키기 위한 집중력이 부족했기 때문에 더 이상 가동되지 않았다.[12] 이사산 납 농축액을 혼자서 다 치료하기에는 너무 작았다.

상용 1차 선도 ISASMELT 공장(2005– )

중국 윈난성 취징의 윈난치홍아연과 게르마늄회사유한공사(YCZG) 그린필드아연 및 납제련단지에 최초의 상업용 1차 선도 ISASMELT 용광로가 설치됐다.[31] 이 용광로는 ISASMELT 용광로와 고선형 ISASMELT 슬래그를 처리하도록 특수 설계된 용광로로 구성된 식물의 일부였다.[28] ISASMELT 용해로는 슬래그와 납 황소를 모두 생산하도록 설계되었으며, 농축액 내 납의 약 40%가 ISASMELT 용해로의 납 황소로 전환되었다.[31]

ISASMELT-블라스트 용해로 조합은 16만 t/y의 납 농축액을 처리하도록 설계되었다.[1]

두 번째 상업용 1차 선도업체인 ISASMELT 용광로는 2012년 카자흐스탄 우스트카메노고르스크에 있는 카진크 제련단지에서 위탁 운영됐다. 다시 ISASMELT-블라스팅 용해로 조합을 사용하여 30만 t/y의 납 농축액을 처리하도록 설계되었다.[1]

YCZG는 중국 후이즈에 있는 새로운 녹지 제련소에 또 다른 납 ISASMELT를 건설하고 있으며, 이는 2013년에 위탁될 예정이다.[1]

글렌코어는 2017년 6월 Nyrstar NV가 포트피리에 있는 새로운 아우스멜트 용광로에 대한 이스멀텔트 면허를 취득했다고 발표했다. 이 협약의 일환으로 나이스타는 카자흐스탄 글렌코어 카진크 사업장의 직원들에 의해 아우스멜트 용광로와 용광로에 대한 훈련과 증강 지원 서비스를 실시했다. 여기에는 아우스멜트 공장의 커미셔닝 및 증설 단계 중 Ust-Kamenogorsk 운영에서 Nyrstar 인력의 훈련과 카진크 인력의 현장 지원이 포함되었다.[32]

2차 납 제련(1982– )

ISASMELT 5 t/h 시범공장이 1982–1983년에 설계되는 동안, MIM은 120 kg/h 시험장치를 사용하여 앞서 언급한 총처리 과정, 납 재활용용 납 산화물 배터리 페이스트 처리 등 다른 공정을 개발하였다.[7]

MIM 홀딩스 이사회는 영국 노스플릿의 이 회사 대표 정제소인 브리타니아 정제금속에 ISASMELT 공장 건설을 승인해 배터리 페이스트로부터 납을 상업적으로 회수해 1만 t/y의 납을 생산하는 짧은 회전로를 사용한 기존 공장을 보완했다.[33] 새 공장은 연간 생산량을 재활용 납의 3만 t/y로 늘렸고, 1991년에 위탁 운영되었다.[33] ISASMELT 용해로는 배터리 페이스트에서 안티몬 납 불소와 55~65% 납 산화물이 함유된 안티몬이 풍부한 슬래그를 생산하는 데 사용되었다. ISASMELT 용해로 내 슬래그에서 리드를 감량 단계별로 회수할 수 있었지만, 슬래그 양이 충분히 발생하였을 때 짧은 로터리 용해로 내 슬래그를 처리함으로써 발전소의 총 처리량을 증가시켰다.[33] 이 발전소는 7.7 t/h의 배터리 페이스트를 처리하도록 설계되었지만 일상적으로 12 t/h를 처리했다.[33] 이 공장은 2004년 MIM 홀딩스 리드 사업장을 인수한 크스트라타 아연이 리드 재활용 사업을 떠나기로 하면서 폐쇄됐다.[33]

재활용 배터리 납을 회수하기 위한 두 번째 선도적 ISASMELT 공장은 2000년 말레이시아에서 금속 재활용 산업 풀라우 인다 공장에 위탁되었다.[33] 이 ISASMELT 공장은 4만 t/y의 납괴 설계능력을 가지고 있다.[1]

구리 ISASMELT 개발

소규모 시험업무(1979~1987)

CSIRO의 과학자들은 1979년에 CSIRO의 50 kg 시로스멜트 시험 장비를 사용하여 [16]황화 구리 농축액에 대한 소규모 시험 작업을 실시했다.[34] 이러한 시험에는 구리 40~52%가 함유된 구리 무광의 생산과 어떤 경우에는 무광의 물집 구리를 생산하기 위한 변환 작업이 포함되었다.[34]

이[35] 작업의 결과는 1983년 MIM이 120 kg/h의 시험 장치를 사용하여 구리 제련 시험 작업 프로그램을 수행했다는 것을 충분히 고무시켰으며, 그 때까지 250 kg/h로 재평가되었다.[27] 그 과정은 제어하기 쉽고 슬래그에 대한 구리 손실은 낮다는 것이 밝혀졌다.[10] 또한 이 과정에서 구리 변환기 슬래그 농축액에서 구리를 쉽게 회수할 수 있다는 사실도 알게 되었는데, 그 중 이사산에 많은 비축량이 있었다.[10]

구리 ISASMELT 시범 공장(1987–1992)

15 t/h 시범 구리 ISASMELT 공장 건설은 1986년에 시작되었다. 설계는 MIM이 250kg/h의 시험 작업과 ISASMELT 시범 공장과의 운영 경험을 바탕으로 했다.[27] 그것은 1100만[10] 달러의 비용이 들었고 1987년 4월에 의뢰되었다.[27] 초기 자본 비용은 운영 첫 14개월 만에 회수되었다.[26]

ISASMELT 시범공장을 선도하는 ISASMELT 시범공장과 마찬가지로 구리 제련소 운영에[15] 통합되어 구리 생산량이 20%(3만 t/y) 증가한 것이 정당화되었다.[10] 그것은 반향로를 제거하기 위해 반향로를 폐쇄해야 하는 자석("FeO34") 억양을 발생시키지 않고는 반향로에서 높은 속도로 처리할 수 없는 변환기 슬래그 농축액의 전체 뒷부분을 신속하게 처리했다.[36]

구리 공정을 더욱 발전시키기 위해 시범 구리 ISASMELT 공장을 사용하였다. 내화수명은 당초 예상보다[37] 짧았고 그 이유를 이해하고 내화수명을 연장하기 위해 상당한 노력을 기울였다.[37] 실증 공장의 수명이 다했을 때 달성한 가장 긴 내화 수명은 90주였다.[37]

랜스 인생도 처음에는 저조했다.[37] 경험이 부족한 조작자는 10분 안에 창 하나를 파괴할 수 있다.[37] 그러나, 랜스 설계의 수정, 욕조 내 랜스의 위치를 결정하는 기법의 개발, 그리고 수술 경험의 상승으로 인해, 전형적으로 랜스 수명은 일주일까지 연장되었다.[37]

시범공장은 랜스 밑으로 고압(700kPag)의 공기가 주입돼 임관했다.[27] 이후 저압 랜스 설계와 랜스 공기의 산소 농축을 이용한 실험을 광범위하게 실시한 후, 배출 압력이 146kPag인 70 t/d 산소공장과 5Nm3/s 송풍기를 구입했다.[27] 새로운 랜스 디자인은 100 kPag 이하의 압력에서 작동할 수 있었다.[35] 랜스 공기 중 산소의 농축을 35%로 사용함으로써 실증 플랜트 처리량은 48t/h의 농축액으로 상승되었고, 제련 시 사용되는 총 에너지는 구리 함유량 25.6GJ/t에서 4.1GJ/t로 감소되었다.[27]

상용 1차 코퍼 ISASMELT 공장(1990– )

그 성공적인 수술과 시위 구리 ISASMELT의 발전과 관심의 정도는 새로운 과정에 세계적인 제련과 공동체에 의해 보여지MIM홀딩스 충분한 신뢰도 외부 companies,[38]에 ISASMELT 기술 사용 허가 할 것을 주기 때문에 MIMISASMELT에 Sirosmelt 창을 통합할 수 있는 협정이다.탐정hnology는 1989년에 CSIRO와 서명되었다.[26]

AGIP 오스트레일리아

MIM은 1990년 7월 아지프 오스트레일리아 독점 유한회사("Agip")와 첫 번째 ISASMELT 라이선스 계약을 체결했다. 이탈리아 석유회사 ENI의 자회사인 아집(Agip)은 서부호주 카라타 인근에서 라디오힐 니켈코퍼 보증금을 개발하고 있었다.[26] MIM과 아집 대표들은 이사산의 250 kg/h 시험 장비에서 4톤의 라디오 힐 농축액이 용해되는 일련의 실험을 실시했다.[26]

아지프 ISASMELT 공장은 라디오 힐 농축액 7.5t/h를 처리하고 니켈과 구리 함량을 합한 45%의 과립 매트(granulated matte)를 1.5t/h로 생산하도록 설계되었다.[26][27] 구리 ISASMELT 시범 공장(내경 2.3m)과 같은 크기였고, 5.5Nm3/s 송풍기를 탑재해 랜스 공기를 공급했다.[26] 1991년 9월 공장 시운전을 시작했지만,[12] 라디오 힐 광산과 제련소 단지는 시운전이 완료되기 [12]6개월도 채 되지 않아 낮은 니켈 가격으로 문을 닫을 수밖에 없었다.[27] ISASMELT 용해로는 3개월 만에 설계 능력을 달성했다.[12] 이후 광산 소유주들은 채굴과 광물 처리에만 주력했고 ISASMELT 공장은 해체됐다.[12]

Freeport-McMoRan Copper and Gold

1973년 미국 애리조나주 마이애미의 프리포트-맥모란 구리·골드("프리포트") 제련소는 마이애미 제련소에 51MW의 전기로를 설치했다. 솔트강 프로젝트와의 장기 전력 계약에 따른 결정으로, 회사에 매우 낮은 전기요금을 제공하게 되었다.[8] 이 계약은 1990년에 만료되었고 이에 따른 전기 가격의 상승으로 당시 제련소였던 키프로스 마이애미 광산 주식회사("사이프러스")의 소유주들은 낮은 운영비를 제공하기 위해 대체 제련 기술을 모색하게 되었다.[8]

평가된 기술에는 다음이 포함된다.

콘탑, 잉코, 미쓰비시, 오토쿰푸 공정은 "먼지 수준이 높고 자본 비용이 많이 들고 기존 시설에 대한 적응성이 떨어지기 때문에 우선적으로 모두 제거된다"고 밝혔다. 테니엔테 변환기는 부분 제련에 전기로를 사용해야 했기 때문에 배제되었다. 노란다 원자로는 "원자로슬래그 취급에 따른 내화마모가 높고 기존 발전소에 대한 적응성이 떨어지기 때문에" 선정되지 않았다.[8] ISASMELT는 선호기술로 선정되어 1990년 10월 MIM과 라이선스 계약을 체결하였다. ISASMELT 기술 선정 결정의 주요 요인은 기존 공장에 장착하고 기존 장비와 기반시설을 최대한 활용할 수 있는 능력이었고, 주요 단점은 마운트 이사 실증 공장의 기술 규모 확대에 따른 리스크로 나타났다.[8]

마이애미 구리 ISASMELT 용광로는 구리 농축액 59만 t/y(연간 65만 t)를 처리하도록 설계되었으며, 이는 제련소의 폐가스에서 아황산가스 포획에 사용되는 황산 공장의 용량에 의해 제약을 받는 처리율이다.[8] 기존 전기고로는 제련 업무에서 슬래그 세척 용해로로 전환해 변환기에 무광 서지 용량을 제공했다.[8] ISASMELT 용광로는 1992년 6월 11일에 의뢰되었고 2002년에 70만 t/y 이상의 농축액을 처리했다.[39] 마이애미 제련소의 현대화는 약 9천 5백만 달러의 비용이 들었다.[27]

1993년 키프로스 광물회사는 AMAX와 합병하여 키프로스 아맥스 광물회사를 설립하였고, 1999년 말 펠프스 닷지 사에 인수되었다. 인수 후 펠프스 도지는 히달고와 치노 제련소를 폐쇄했다.[40] 펠프스 닷지는 2006년 프리포트에 인수되었다.

마이애미 제련소는 1979년 16개였던 미국에 남아 있는 두 개의 구리 제련소 중 하나이다.[41]

이사 광산 산

세 번째 상업용 구리 ISASMELT 공장은 약 1억 달러의 비용으로 MIM 마운트 이사 구리 제련소에 설치되었다.[37] 구리 18만 t/y를 함유한 구리 농축액 104 t/h를 처리하도록 설계되었으며, 1992년 8월부터 가동을 시작하였다.[37]

이사산 구리 ISASMELT 공장과 다른 모든 공장과의 중요한 차이점은 알스트롬 플럭스플로 폐열 보일러를[42] 사용하여 용해로 폐가스로부터 열을 회수한다는 것이다. 이 보일러는 입자의 재순환 유체층을 이용해 용광로를 빠져나가면서 가스를 급속하게 냉각시킨 뒤 고체 접촉의 강화된 열전달 특성을 이용해 입자가 침대 위 축에 매달린 보일러 튜브를 지나 운반되는 냉각장치를 사용한다.[37] 열전달률이 높다는 것은 플럭스플로 보일러가 기존 폐열보일러에 비해 상대적으로 소형이고 폐가스의 급속한 냉각으로 삼산화황("SO3") 형성이 제한된다는 것을 의미하며, 물이 존재할 경우 황산이 형성되어 냉각면의 부식을 유발할 수 있다.[43]

2002년 이사산 구리 제련소 왼쪽 크레인 아래 건물이 ISASMELT 공장이다.

가동 초기에는 보일러 튜브의 마모율이 예상보다 훨씬 높았기 때문에 플럭스플로 보일러가 상당한 다운타임을 초래했다.[43] 이러한 문제들은 침식의 영향을 최소화하기 위해 보일러 튜브를 재설계함으로써 보일러 내부의 가스 흐름을 이해함으로써 해결되었다.[43]

ISASMELT 용해로 내 내화벽돌의 수명은 당초 예상보다 짧았고 이를 연장하기 위해 수냉시스템을 잠시 검토했지만,[43] 이는 설치되지 않았고 운영 개선으로 인해 이 자본금과 운영비 없이 라이닝의 수명을 크게 연장하게 되었다.[44] 1998년 이후 내화 라이닝 수명은 설계 수명을 2년 초과해 8, 9차 라이닝의 수명은 거의 3년에 달했다.[12][45] 가장 최근의 라이닝은 50개월 동안 지속되었고, 그 이전의 라이닝은 44개월 동안 지속되었다.[46]

이사산 운영 1년 동안, ISASMELT 용해로의 처리량은 보일러, 슬래그 그랜딩 시스템, 농축 필터 등 발전소 내 일부 보조 장비의 문제로 제약을 받았다.[44] 궁극적인 제약조건은 구리 제련소 생산을 265,000 t/y의 양극 구리 생산량으로 증가시키기 위해 두 개의 반향로 중 하나를 온라인 상태로 유지하는 건설 중 결정이었다. 제련소의 Peirce-Smith 컨버터는 병목 현상이 되었고 ISASMELT 용해로의 공급 속도를 억제하여 고체가 얼지 않도록 잔향로에서 충분한 무광택을 뽑아낼 수 있도록 해야 했다.[2] ISASMELT 12개월 연속 평균 공급률은 이 기간 대부분 100 t/h에 못 미쳐 설계 연간 평균인 104 t/h에 도달하지 못했다.[44] MIM은 1997년 반향로를 폐쇄하기로 결정했고, ISASMELT 공장은 이 제약이 풀리자 104 t/h 설계도를 빠르게 초과했다.[44]

ISASMELT 공장의 성능은 MIM이 랜스 공기의 고농축이 가능하도록 제2의 산소공장을 추가하여 ISASMELT 처리율을 166t/h로 확대하기로 결정했다는 점에서 충분히 고무적이었다.[44] 그 결과 2001년 말까지는 190t/h의 농축액 피크율을 달성했고, 제련소는 연간 24만t의 양극 구리를 최고치로 생산했다.[44] 당시 이사산 구리 제련소는 타운즈빌에 있는 구리 제련소와 함께 세계에서 가장 저렴한 구리 제련소 중 하나였다.

랜스 수명은 일반적으로 2주이며, 랜스 변경은 30~40분이 소요되며, 수리는 보통 랜스 팁 교체로 제한된다.[47]

2006년 MIM은 기존 홀딩로와 병렬로 작동하는 두 번째 로터리 홀딩고로를 위탁 운영했다.[48]

스털라이트 인더스트리

현재 베단타 리소스의 자회사인 스털라이트 인더스트리즈("스테를라이트")는 ISASMELT 용광로와 페어체-스미스 컨버터를 사용하여 투티코린에 구리 제련소를 건설했다. 제련소는 1996년[1] 위탁받아 구리(구리 농축액 45만 t/y) 6만 t/y를 생산하도록 설계되었으나,[45] 랜스 공기의 산소 함량을 높이고 다른 장비를 개조함으로써 제련소가 18만 t/y의 구리를 생산할 정도로 ISASMELT 용해로 공급률을 높였다.[12]

스털라이트는 2005년[48] 5월 구리 농축액 130만 t/y를 처리하도록 설계된 새로운 ISASMELT 용해로를 위탁했고,[45] 제련소의 생산능력은 구리 30만 t/y로 확대됐다.[12] 새 발전소는 첫 사료를 처리하기 시작한 지 6개월 만에 3개월 동안 측정된 설계 용량에 도달했다.[48] 베단타의 웹사이트는 새로운 ISASMELT 용광로가 "45일이라는 기록적인 기간 동안" 성공적으로 증가했다고 밝히고 있다.[49]

이후 스털라이트는 이사키드 기술을 활용한 제3의 ISASMELT 제련소와 신규 제련소를 설치해 구리 생산을 더욱 확대하기로 했다.[50] 새로운 제련소는 단일 ISASMELT 용해로를 통해 처리되는 구리 농축액(동 40만 t/y 포함) 136만 t/y의 설계 용량을 갖게 된다.[51]

윈난 구리 주식회사

1990년대 중국 정부는 식물 현대화를 통해 중국 경제의 효율성을 높이고 중공업의 환경적 영향을 줄이기로 했다.[9] 이에 윈난 구리공사(이하 YCC)는 소결공장과 전기고로를 기반으로 한 기존 공장을 구리 ISASMELT 용광로로 업그레이드했다.[9] 마이애미 제련소와 마찬가지로 이 전기 고로는 제련 의무에서 무광과 슬래그의 분리로 전환되어 변환기에 무광 서지 용량을 제공하였고, 다시 ISASMELT 고로의 작은 발자국은 기존의 제련소에 맞게 개조하는 데 매우 중요한 역할을 하였다.[9]

YCC ISASMELT 공장은 구리 농축액 60만 t/y의 설계 용량을 갖고 2002년 5월 15일부터 농축액을 제련하기 시작했다.[9] YCC는 ISASMELT 커미셔닝에 앞서 2001년 7개월 동안 사람들을 이사산으로 보내 훈련을 받도록 하는 등 운영자 교육에 많은 중점을 두었다.[9] ISASMELT 용광로를 포함한 제련소 현대화 프로그램의 총 비용은 6억4000만 위안(약 8000만 달러)으로, 제련소의 집중 처리율은 47만 t/y에서 80만 t/y로 증가했다.[52]

MIM에서 YCC로의 운용 지식의 이전은 첫 번째 ISASMELT 용해로 내화 라이닝이 2년 동안 지속하기에 충분했으며, 이는 다른 공장의 초기 라이닝 수명에 현저한 개선이었다.[52]

YCC는 현대화 프로젝트를 "기대된 모든 것을 달성한 위대한 성공"[52]이라고 설명했다. ISASMELT 용해로 설치 결과 생성된 수포 구리 1톤당 에너지 소비량이 34% 감소했으며,[52] YCC는 운영 초기 38개월 동안 에너지 비용 절감만으로 약 3천140만 달러를 절감해 현대화에 업계 표준에 의한 투자 회수가 매우 짧다고 추정했다.

2004년 YCC 경영진에게는 제련소 현대화 사업의 성공을 기념하기 위해 중국 정부로부터 프로젝트 관리 혁신상, 고품질 프로젝트 국가 훈장이 수여되었다.[52]

크스트라타는 이후 YCC에 3개의 ISASMELT 공장을 추가로 짓도록 허가했는데, 하나는 구리 농축액 50만 t/y를 치료하기 위해 중국 윈난성 추시옹에, 하나는 중국[1] 쓰촨성 량산에, 다른 하나는 잠비아 참비시에 35만 t/y의 농축액을 치료하기 위해 건설했다.[1] 추시옹과 참비시는 2009년에 임관되었다.[1] 량산은 2012년 임관했다.[53]

모파니 구리 광산

모파니 구리광산은 2000년 민영화되기 전까지 잠비아 통합 구리광산의 일부였다. 구리 농축액(신규 구리 18만 t/y)의 공칭 용량 42만 t/y의 전기 고로로 운영되던 무풀이라 제련소를 소유하고 있다.[54] 모파니는 ISASMELT 매트리스와 슬래그를 분리하고 제련소의 피어스-스미스 컨버터에서도 슬래그를 반환할 수 있도록 고안된 전기 무광 정착로를 포함하여 구리 농축액 85만 t/y를 처리할 수 있는 구리 ISASMELT 공장을 설치하기로 결정했다.[54]

모파니는 ISASMELT 기술에 전념하기 전에 다음과 같은 프로세스 옵션을 고려했다.

  • 전기로
  • 직접 연결 작동 1개를 포함한 플래시 용해로
  • 미츠비시 제련 공정
  • 테니엔테 변환기
  • 노란다 원자로
  • 아우스멜트 용광로
  • ISASMELT [54]용광로

모파니는 제안된 농축물 공급 속도에서 입증되지 않은 전기 용해로를 고려했고, 폐가스의 낮은 아황산가스 농도는 포획 비용을 매우 높게 할 것이다.[54] 플래시 용해로와 미쓰비시 프로세스는 다음과 같은 이유로 제외되었다.

  • 그것들은 잠비아 환경에 너무 기술적으로 복잡하다고 여겨졌다.
  • 그들은 무풀이라 제련소에 개조하기에는 적합하지 않았다.
  • 그들은 높은 자본비용을 가지고 있었다.[54]

모파니는 당시 운영하던 다른 잠비아 제련소의 테니엔테 변환기의 성능이 떨어지고 "당시 이용 가능한 기술자원이 상대적으로 부족하다"[54]는 이유로 테니엔테 변환기와 노란다 원자로를 제외했다.

모파니는 호주, 미국, 중국의 공장 운영 현장을 방문한 뒤 아우스멜트 기술보다 ISASMELT 기술을 선택했다.[54] 그 프로젝트의 총 비용은 2억 1천 3백만 달러였다. 첫 사료는 2006년 9월에 제련되었다.[55]

남페루 구리 주식회사

SPCC(Southern Puro Copper Corporation)는 세계 최대 구리 회사[56] 중 하나인 SCC(Southern Copper Corporation)의 자회사로 현재 그뤼포 메렉시코가 75.1%를 소유하고 있다. 그루포 메렉시오는 1999년[14] 11월 ASARCO를 인수하면서 SPCC 주식을 취득했다.

1990년대에 SPCC는 페루 정부가 2007년 1월까지 제련 작업에서 발생된 아황산가스의 최소 91.7%를 포획하기로 한 1997년 약속의 일환으로 페루 남부 일로의 제련소 현대화를 추진하고 있었다.[56] 처음에는 거의 10억 달러를 들여 잔향로를 대체하기 위해 플래시 제련 기술을 선택했지만,[14] 그루포 메렉시코의 ASARCO 인수에 따른 첫 번째 조치 중 하나는 제안된 Ilo 제련소 현대화 계획을 검토하는 것이었다.[14]

검토 과정에서 6가지 다른 기술이 평가되었다. 다음은 다음과 같다.

  • 오토쿰푸 플래시 제련
  • 미쓰비시 공정
  • 노란다 원자로
  • 이스스멜트
  • 아우스멜트
  • 테니엔테 [56]변환기

검토 결과 ISASMELT 기술이 선정돼 50%에 가까운 자본비용을 절감했으며 운영비용이 가장 낮은 대안이기도 했다.[14]

이 공장은 2007년 2월에 위탁 운영되었다.[57] 2009년 6월, 이 발전소는 평균 165.2 t/h의 농축액과 6.3 t/h의 회반사(무광 또는 기타 용융 물질을 운반하는 데 사용되는 항아리의 유출과 응고에서 발생하는 차가운 구리 함유 물질)[51]를 가지고 있었다.

SPCC는 제련소 현대화에 약 6억 달러의 비용이 든다고 보고했다.[58]

카진크

카진크는 우스트-카메노고르스크 야금학 콤플렉스에 구리 ISASMELT 공정을 선택했다. 구리 농축액[1](y/y) 29만 t/y를 치료하기 위해 설계되었으며, 2011년에 의뢰되었다.[59] 2006년 제련소와 정유소의 예상 자본 비용은 1억 7천 8백만 달러였다.[60]

제1차 양자 광물

2011년 4분기, 제1차 양자 광물 위원회는 잠비아 칸산시에 ISASMELT 기반 제련소 건설을 승인했다.[61] 제련소는 구리 농축액 120만 t/y를 가공해 구리 30만 t/y, 황산 110만 t/y를 부산물로 생산한다.[61] 건설은 2014년 중반에 완료될 것으로 예상되며,[62] 자본비용은 6억 5천만 달러로 추산된다.[63] 예상 운영 비용은 농축액 1톤당 미화 69달러로 제시되었다.[63]

칸산시 구리 제련소 사업은 농축물 운송비 절감, 수출 관세, 황산비 절감으로 연간 3억4000만~5억 달러의 가치가 있는 것으로 추산된다.[61]

상업용 이차 코팅기 ISASMELT 공장

ISASMELT 용해로는 구리 농축물 처리 외에도 2차(스크랩) 구리 물질을 처리할 수 있도록 제작됐다.

우미코어

1990년대 초 당시 유니언 미니어처 출신 기술자들은 MIM 홀딩스 직원들과 함께 구리와 납이 함유된 고철물질과 잔류물을 처리하는 ISASMELT 기반 공정을 개발했다.[38] 유니언 미니에르는 벨기에 앤트워펜 인근 호보켄에서 제련소를 운영했는데, 이 제련소는 고철 비철 물질의 재활용에 특화된 것이다. 테스트 작업 프로그램은 영국 노스플릿에 있는 MIM 홀딩스의 리드 정유소 브리타니아 정제금속에서 ISASMELT 테스트 장비를 사용하여 수행되었다.[38]

시범공장은 MIM 홀딩스 직원이 설계해 호보켄 제련소에서 수개월간 운영했다.[64] 새 제련소는 1997년[38] 4분기에 위탁 운영되었고 2007년에 2차 물질 중 최대 30만 t/y를 처리하고 있었다.[64] ISASMELT 용해로 설치는 로스팅 플랜트, 신터 플랜트, 황산 플랜트 2개 중 1개, 구리 용해로, 호보켄 컨버터 4개를 대체했다.[65] 호보켄 제련소의 운영비를 대폭 절감했다.[48]

우미코어의 호보켄 공장은 하나의 용광로에서 2단계 공정을 사용한다. 첫 번째 단계는 사료를 산화시켜 구리 무광과 납이 풍부한 슬래그를 형성하는 것이다. 그런 다음 슬래그를 두드리고 남은 구리 무광은 물집 구리로 변환된다.[64] 납이 풍부한 슬래그는 용광로에서 감소하여 납 금속을 생산하는 반면 구리는 정제되고 포함된 귀금속이 회수된다.[64]

오루비스

당시 독일 뤼넨에 있던 후텐베르케 케이서 제련소는 2002년 ISASMELT 공장을 설치해 고철 구리 용련에 사용된 용광로 3개와 페어스미스 변환기 1개를 교체했다.[64] 그 회사는 이후 노르드데우체 아피네리 AG에 인수되었고, 결국 오루비스가 되었다.

뤼넨 제련소에서 사용되는 공정은 1에서 80%의 구리를 함유한 구리 잔류물과 고철로 용해로를 충전한 후 이를 환원 환경에서 녹이는 것이다. 이것은 "검은 구리 위상"과 낮은 코퍼 실리카 슬래그를 생산한다. 처음에 검은 구리는 ISASMELT 용광로에서 물집 구리로 변환되었다.[64] 그러나 2011년에는 "KRS Plus" 프로젝트의 일환으로 제련소가 확장되었다. 현재 검은색 구리를 변환하기 위해 상면 회전 변환기가 사용되며 ISASMELT 용해로는 제련 모드로 연속적으로 작동한다.[66][67]

ISASMELT 용해로 설치는 손실을 슬래그로 줄임으로써 발전소 전체의 구리회수를 증가시켰고, 가동 중인 용해로 수를 줄였으며, 폐가스 부피를 감소시켰으며, 에너지 소비량을 50% 이상 줄였다. 생산능력은 원래 디자인을 40% 초과한다.[64]

참조

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