Desarrollo y aplicación de un sensor optoelectrónico para el monitoreo de la operación de un horno de fusión flash de concentrados de cobre.
Date
2021
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
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.
Description
Tesis presentada para optar al grado de Doctor en Ingeniería Metalúrgica.
Keywords
Hornos Metalúrgicos, Pirometalurgia, Sensores, Optoelectrónica