Desarrollo y aplicación de un sensor optoelectrónico para el monitoreo de la operación de un horno de fusión flash de concentrados de cobre.

Abstract

El presente documento constituye la tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Metalúrgica y está enfocado a ser un aporte en el desarrollo de nuevas propuestas tecnológicas para el desarrollo y aplicación de sensores ópticos en la pirometalurgia no ferrosa, y muy particularmente en la pirometalurgia del cobre. Específicamente esta tesis abordo las etapas de desarrollo y validación, en planta industrial, de un sensor optoelectrónico especialmente diseñado para soportar las condiciones de operación de un Horno de Fusión Flash de concentrados de cobre. La investigación consideró dos etapas, la primera de laboratorio y la segunda en una planta industrial. El estudio de laboratorio estableció las bases de desarrollo del sistema optoelectrónico utilizando un set up integrado óptico metalúrgico. El uso del sistema óptico en una fundición de cobre permitió su validación a escala industrial. Bajo un conjunto amplio de condiciones de operación el prototipo instalado logró ser robusto bajo condiciones industriales extremas como gran cantidad de polvos en suspensión, altas temperaturas y vibraciones mecánicas permanentes. Tanto a escala laboratorio como a escala industrial se usaron sondas de fibra óptica de alta temperatura para captar la radiación emitida por las reacciones de oxidación, en este caso flash, del concentrado de cobre. Esta señal luego fue transmitida hasta un espectrómetro que detecta emisiones espectrales en el rango VIS-NIR (250 a 900 nm) luego la señal va a un computador dedicado y es procesada mediante herramientas matemáticas y estadísticas. Este procedimiento permitió identificar una serie de condiciones fisicoquímicas inherentes al proceso de fusión flash relacionas a los parámetros ópticos, lo que permitió un monitoreo en línea y tiempo real del proceso. El prototipo desarrollado a escala laboratorio y validado luego a escala industrial permitió generar un sistema integrado hardware-software que constituye una poderosa herramienta de apoyo a la operación, permitiendo, entre otros: 1 . La detección de eventos de combustión deficiente de la llama del quemador del horno flash. 2 . la detección de tiempos óptimos de transición de la carga alimentada. 3 . La estimación de la temperatura de llama. 4. La identificación en el tiempo de la formación de óxidos importantes en el proceso de combustión. 5. La estimación de parámetros de calidad como el contenido de cobre y magnetita en la mata y escoria respectivamente. Este estudio demuestra que el uso de técnicas optoelectrónicas permitiría establecer relaciones con variables fisicoquímicas del proceso de fusión flash convirtiéndose un avance importante para la industria pirometalúrgica de minerales no ferrosos.