Tecnología de refinación de IsaKidd

El proceso habitual de electrorefinación del cobre consiste en colocar un ánodo de cobre (con _una pureza aproximada del 99,5-99,7% ^{[ 2 ] [ 3 ]} ) en un baño de ácido sulfúrico ( H₂SO₄ ₎ con electrolito de cobre, junto con un cátodo, y hacer pasar una corriente entre el ánodo y el cátodo a través de un circuito externo. ^{[ 3 ]} Al potencial eléctrico aplicado , el cobre y los elementos menos nobles se disuelven en el electrolito , mientras que los elementos más nobles que el cobre, como el oro (Au) y la plata (Ag), no lo hacen. ^{[ 3 ]} Bajo la influencia del potencial eléctrico aplicado , los iones de cobre migran del ánodo y se depositan en el cátodo, formando cobre catódico. ^{[ 3 ]}

La tecnología actual de IsaKidd representa la fusión de las tecnologías de refinación de cobre desarrolladas por las dos organizaciones diferentes. El desarrollo inicial del Proceso Isa a finales de la década de 1970, con sus láminas de arranque de cátodo de acero inoxidable reutilizables, representó un avance con respecto a la tecnología anterior de láminas de arranque de cobre puro de un solo uso, ^{[ 1 ]} cuya producción era un proceso intensivo en mano de obra.

La producción de las láminas de inicio de un solo uso implicaba depositar una lámina de cobre por electrólisis en cada lado de una “placa madre”. ^{[ 1 ]} Generar la lámina tomaba un día, y podían ser necesarias miles de láminas diariamente. ^{[ 1 ]} Originalmente, las láminas de inicio de cobre se separaban de la placa madre manualmente, pero con el tiempo el proceso se automatizó. ^{[ 1 ] [ 4 ]} Además, las limitaciones asociadas con el uso de láminas de inicio de cobre significaban que era difícil cumplir con las especificaciones de pureza de algunas nuevas aplicaciones de cobre que, en las décadas de 1970 y 1980, exigían cobre de mayor calidad.

El desarrollo de la tecnología de tanques del proceso Isa en CRL eliminó todo el proceso y el costo de producción de las láminas de arranque mediante el uso de cátodos permanentes de acero inoxidable . ^{[ 1 ]} También incluyó una automatización sustancial del proceso de inserción de los cátodos permanentes en las celdas electrolíticas y su posterior extracción y desprendimiento de las láminas de cobre catódico depositado . ^{[ 1 ]} Se ha estimado que la mano de obra necesaria para operar una refinería que utiliza la tecnología IsaKidd es entre un 60 % y un 70 % menor que la requerida para las refinerías que utilizan láminas de arranque. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

MIM Holdings comenzó a comercializar la tecnología del Proceso Isa en 1980, como resultado de la demanda de otros operadores de refinerías.

Posteriormente, Falconbridge desarrolló de forma independiente un proceso similar para mejorar las operaciones en su refinería de cobre Kidd Creek, cerca de Timmins , Ontario . ^{[ 6 ]} El desarrollo inicial de cátodos permanentes fue para uso interno, pero la comercialización del Proceso Kidd se inició en 1992 tras las solicitudes de otros operadores de refinerías. ^{[ 7 ]}

Las dos tecnologías se combinaron como la tecnología IsaKidd en 2006, cuando Xstrata compró Falconbridge. ^{[ 6 ]}

La tecnología IsaKidd domina actualmente el refinado mundial de cobre. Ha sido licenciada a 102 usuarios y Xstrata Technology, que comercializa la tecnología, informa en su sitio web una capacidad instalada total de aproximadamente 12 millones de toneladas por año (t/año) de producción de cobre, a octubre de 2011. ^{[ 8 ]} Esto representa aproximadamente el 60 % de la producción mundial estimada de cobre refinado en 2011, que fue de 19,7 millones de toneladas. ^{[ 9 ]}

El desarrollo de la tecnología IsaKidd permitió aumentar la productividad, reducir los costos operativos y producir cobre catódico de alta calidad y consistencia. ^{[ 2 ]}

El desarrollo de la tecnología de tanques del Proceso Isa tuvo su origen en la industria del zinc. ^{[ 2 ]} A mediados de la década de 1970, MIM Holdings Limited (“MIM”) estaba considerando construir una refinería de zinc en Townsville para tratar el concentrado de zinc producido por sus operaciones en Mount Isa . ^{[ 2 ]} Como resultado, el personal de MIM visitó las fundiciones de zinc que utilizaban la tecnología de mejores prácticas y descubrió que las fundiciones de zinc electrolíticas modernas habían adoptado placas de cátodo permanente y tecnología de desmoldeo mecanizado. ^{[ 2 ]}

MIM reconoció que el rendimiento de las refinerías de cobre tradicionales estaba limitado por la geometría deficiente del cátodo inherente al uso de láminas de cobre de arranque. ^{[ 14 ]}

MIM luego desarrolló un programa de investigación destinado a desarrollar una tecnología de cátodo permanente similar para el refinado de cobre. ^{[ 2 ]} CRL había estado operando en Townsville desde 1959, ^{[ 11 ]} utilizando tecnología convencional de lámina de arranque ^{[ 1 ]} y tratando cobre blister producido en la fundición de cobre Mount Isa Mines Limited en Mount Isa en Queensland. ^{[ 11 ]} CRL incorporó la tecnología de cátodo permanente en su proyecto de modernización de refinería de 1978. ^{[ 1 ] [ 2 ]} El material seleccionado inicialmente fue acero inoxidable 316L , ^{[ 15 ]} soldado por puntos a una barra de suspensión de acero inoxidable 304L . ^{[ 16 ]} El conjunto de la barra de suspensión se recubrió electrolíticamente con cobre hasta un espesor de 1,3 milímetros (“mm”) (posteriormente aumentado a 2,5  mm y luego a 3,0  mm para mejorar la resistencia a la corrosión de la barra de suspensión) hasta aproximadamente 15  mm de profundidad sobre la hoja, lo que proporcionó suficiente conductividad eléctrica y le dio al conjunto cierta resistencia a la corrosión. ^{[ 16 ]}

El cobre electrodepositado se adhiere firmemente al acero inoxidable, por lo que no se desprende durante el refinado. ^{[ 12 ]} Los bordes verticales de las placas de acero inoxidable están cubiertos con tiras de borde de polímero ajustadas para evitar que el cobre se deposite alrededor del borde de la placa del cátodo y así facilitar la extracción del cobre del cátodo. ^{[ 12 ]} La parte inferior de las placas del cátodo se enmascaró con una fina película de cera, también para evitar que el cobre se deposite alrededor del borde inferior. ^{[ 2 ]} Se utilizó cera en lugar de una tira de borde para evitar la formación de un reborde que acumularía lodos del ánodo que caen y contaminarían el cobre del cátodo. ^{[ 2 ]}

También se utilizó cera en los bordes verticales para prolongar la vida útil de la tira del borde vertical. ^{[ 2 ]}

La máquina original de decapado de cátodos se basaba en la utilizada en la planta de Hikoshima de la empresa japonesa Mitsui Mining and Smelting Company . ^{[ 2 ]} Sin embargo, fue necesario un considerable trabajo de desarrollo para modificar el diseño y adaptarlo a los cátodos de cobre, que eran más pesados ​​que los de Hikoshima, y ​​para procesar las placas de cátodo sin dañarlas. ^{[ 2 ]} Las máquinas también tuvieron que rediseñarse para permitir el encerado de los laterales y la parte inferior de las placas de cátodo, facilitando así la extracción de las siguientes láminas de cátodo de cobre. ^{[ 2 ]}

Las máquinas de despojado incluían cintas transportadoras de recepción y descarga, lavado, separación, apilamiento y descarga de cátodos, separación de placas de cátodos para reacondicionamiento y aplicaciones de cera para los lados y fondos de las placas de cátodos. ^{[ 5 ]}

La máquina de decapado CRL original tenía la capacidad de decapar 250 placas de cátodo por hora. ^{[ 2 ]}

El menor costo de las placas del cátodo en comparación con las láminas de arranque permite tiempos de ciclo del cátodo más cortos. ^{[ 2 ]} El tiempo de ciclo puede variar de 5 a 14 días, pero un ciclo de cátodo de siete días es común. ^{[ 2 ]} Este tiempo de ciclo más corto mejora la eficiencia de la corriente, ya que se producen menos cortocircuitos y hay menos nodulación de la superficie del cátodo. ^{[ 2 ]}

Inicialmente, otros operadores de refinerías consideraron con escepticismo los avances en CRL. ^{[ 1 ]} Se había intentado sin éxito utilizar acero inoxidable como material de placa madre para láminas de cobre de arranque. ^{[ 1 ]} Sufrían un rápido deterioro de su capacidad de desmoldeo, lo que resultaba en “un aumento casi diario de la dificultad de desmoldeo”. ^{[ 1 ]} Sin embargo, tras el éxito de las primeras instalaciones en Townsville, Timmins y muchos otros lugares, la tecnología de cátodo permanente de acero inoxidable se ha introducido ampliamente. ^{[ 12 ]}

El proceso Isa se desarrolló originalmente para la electrorrefinería de cobre CRL en Townsville. Posteriormente, se le otorgó la licencia a Copper Range Company para su refinería de cobre White Pine . ^{[ 8 ]}

La siguiente licencia emitida fue para una aplicación de electroobtención en la fundición de plomo Broken Hill Associated Smelters (“BHAS”) en Port Pirie , en Australia Meridional . BHAS puso en marcha en 1985 un proceso de extracción por solventes y electroobtención (“SX-EW”) para recuperar cobre de la mata de cobre-plomo producida como subproducto de las operaciones de fundición de plomo. ^{[ 17 ]} El proceso utilizado consiste en lixiviar el cobre del material utilizando una solución ácida de cloruro-sulfato, seguida de una extracción por solventes para concentrar el cobre lixiviado y la electroobtención. ^{[ 18 ]}

La electroobtención de cobre se diferencia de la electrorefinación en que la electrorefinación utiliza un ánodo de cobre que se disuelve y se vuelve a depositar en el cátodo, mientras que en la electroobtención el cobre ya está en solución y se extrae de la solución haciendo pasar una corriente a través de ella mediante un ánodo de aleación de plomo inerte y un cátodo. ^{[ 19 ]}

El cloruro en la solución de lixiviación en Port Pirie resultó ser un problema para los cátodos de acero inoxidable del Proceso Isa. ^{[ 17 ]} Una pequeña cantidad de iones cloruro en la solución de lixiviación pasó a través del solvente al electrolito, lo que dio como resultado una concentración de cloruro reportada de 80 miligramos por litro (“mg/L”) en el electrolito. ^{[ 17 ]} La presencia de cloruro en el electrolito causó corrosión por picaduras en las placas del cátodo de acero inoxidable. ^{[ 17 ]} Después de probar otros tipos de acero inoxidable, ^{[ 17 ]} BHAS cambió al uso de placas de cátodo de titanio. ^{[ 18 ]}

Otras operaciones de electroobtención siguieron, incluyendo la operación McLeese Lake de Gibraltar Mines y la mina de cobre San Manuel de Magma Copper en 1986, la operación Mexicana de Cananea en México en 1989 y la operación Gunpowder Copper Limited en Gunpowder en el noroeste de Queensland en 1990. ^{[ 8 ]} Estas operaciones no sufrieron los problemas de corrosión por cloruro experimentados por BHAS.

A mediados de 1981, Falconbridge Nickel Mines puso en marcha una fundición y refinería de cobre cerca de Timmins, Ontario, para tratar el concentrado de su mina Kidd . ^{[ 20 ]} Sin embargo, al principio, la calidad del cobre catódico producido en la refinería Kidd se vio afectada por la presencia de concentraciones de plomo y selenio superiores a lo habitual en los ánodos de la fundición. ^{[ 7 ]} El cobre catódico de Kidd no cumplía con las especificaciones de sus clientes, por lo que obtener la certificación del producto para la Bolsa de Metales de Londres (LME) se convirtió en un objetivo clave. ^{[ 7 ]}

Tras varias mejoras en el proceso, se llegó a la conclusión de que el uso de láminas de cobre iniciales impedía que la refinería Kidd cumpliera con sus objetivos de calidad de cátodos. ^{[ 7 ]} A continuación, se iniciaron las pruebas con cátodos permanentes de acero inoxidable. ^{[ 7 ]} Las pruebas preliminares realizadas con muestras de titanio a escala real mostraron una reducción de cuatro veces en el contenido de plomo del cobre del cátodo y una reducción de seis veces en el contenido de selenio, en comparación con el uso de láminas de cobre iniciales. ^{[ 7 ]}

El enfoque luego cambió al desarrollo de una máquina de desmoldeo, para desarrollar cátodos de acero inoxidable que incorporaran las barras de cabezal existentes y evaluar la tecnología de desmoldeo de bordes. ^{[ 7 ]} El consejo de administración de la empresa aprobó la conversión de la refinería a la tecnología Kidd en abril de 1985. ^{[ 7 ]} La conversión se completó en 1986 ^{[ 7 ]} y la refinería Kidd se convirtió en la tercera ^{[ 8 ]} en instalar cátodo permanente y tecnología de desmoldeo automatizada.

Falconbridge comenzó a comercializar la tecnología en 1992, tras numerosas solicitudes de otros operadores de refinerías. ^{[ 6 ]} De este modo, el proceso Kidd generó competencia entre dos proveedores de tecnología de cátodo permanente. Las principales diferencias entre ellos radicaban en la barra de cabezal del cátodo, el desprendimiento de bordes y la tecnología de la máquina de desprendimiento. ^{[ 21 ]}

A diferencia de la barra de acero inoxidable que se usaba entonces en el cátodo del Proceso Isa, el cátodo del Proceso Kidd usaba una barra de cobre macizo, que se soldaba a la lámina de acero inoxidable. ^{[ 13 ]} Esto produjo una caída de voltaje menor (entre 8 y 10 milivoltios) que el cátodo del Proceso Isa. ^{[ 13 ]}

La tecnología del Proceso Isa utilizaba el borde encerado en la parte inferior de la placa del cátodo para evitar que el cobre se depositara alrededor de la parte inferior de la placa y formara una masa única de cobre que se extendía desde la parte superior de un lado de la placa del cátodo, pasando por la parte inferior, hasta la parte superior del otro lado. ^{[ 15 ]} El cobre se extraía de las placas del cátodo en dos láminas separadas. ^{[ 15 ]} La tecnología del Proceso Kidd no utilizaba cera, ya que se creía que podría agravar los problemas de impurezas con los que la planta había estado lidiando. En Kidd, el método de extracción consistía en retirar el cobre de la placa del cátodo como un único producto catódico en forma de V, similar a una tortilla de taco. ^{[ 15 ]}

El proceso Kidd inicialmente utilizaba una máquina de despojamiento tipo carrusel, pero posteriormente se desarrolló una instalación lineal para proporcionar máquinas con capacidades de despojamiento bajas a medias para plantas de electroobtención y refinerías más pequeñas. ^{[ 13 ]} Las máquinas de despojamiento lineales, instaladas por primera vez en 1996, eran más compactas, menos complejas y tenían menores costos de instalación que las máquinas tipo carrusel. ^{[ 13 ]}

Tras la decisión de Falconbridge en 1992 de comercializar la tecnología Kidd, los grupos Falconbridge y MIM Process Technologies compitieron por el mercado de la tecnología para plantas de tratamiento de líquidos. Entre 1992 y 2006, se vendieron 25 licencias de la tecnología Kidd, ^{[ 8 ]} mientras que en el mismo período se vendieron 52 licencias del proceso Isa. ^{[ 8 ]}

Xstrata plc (ahora Glencore) adquirió MIM Holdings en 2003. ^{[ 26 ]} La tecnología del proceso Isa continuó siendo desarrollada y comercializada por Xstrata Technology. Posteriormente, Xstrata adquirió Falconbridge en 2006. ^{[ 27 ]} La tecnología del proceso Kidd pasó a formar parte del paquete de la planta de almacenamiento de tanques de Xstrata Technology y, en conjunto, comenzaron a comercializarse como IsaKidd, ^{[ 6 ]} un nombre que representa la doble herencia de la tecnología.

El resultado ha sido un paquete tecnológico que combinó lo que se consideraba lo mejor de ambas versiones. ^{[ 15 ]} Esta combinación condujo al desarrollo de nuevos sistemas de desorción y se están desarrollando nuevos diseños de cátodos. ^{[ 15 ]}

La variación en los depósitos de cobre en las placas del cátodo fue una de las dificultades encontradas con las primeras máquinas de decapado. ^{[ 15 ]} Las áreas de cobre delgado en las placas del cátodo, causadas por cortocircuitos, son difíciles de separar de la placa de acero inoxidable debido a su falta de rigidez. Las placas con dichas áreas generalmente debían ser rechazadas de la máquina de decapado y decapadas manualmente. ^{[ 15 ]} De manera similar, los depósitos de cobre pegajosos (generalmente relacionados con un mal estado de la superficie en la placa del cátodo, como superficies corroídas o un tratamiento mecánico inadecuado), el cátodo fuertemente nodulado y el cobre laminado causaron problemas para el decapado. ^{[ 15 ]}

El desarrollo de la máquina de decapado se centró en desarrollar un dispositivo que pudiera considerarse una máquina de decapado más adaptable y universal que pudiera manejar placas de cátodo con depósitos de cobre problemáticos sin rechazarlas ni ralentizar la velocidad de decapado. ^{[ 15 ]}

El resultado de este trabajo fue una nueva máquina robótica para el decapado de cátodos. ^{[ 15 ]} Incorporaba las siguientes características:

• una cuña desmoldante que comienza a eliminar el cobre desde la parte superior de la placa del cátodo y se mueve hacia abajo hasta la parte inferior.
• guías para sostener el cobre durante el movimiento descendente para asegurar que el cobre no se desprenda prematuramente.
• rodillos diseñados para reducir la fricción entre el cobre, la placa del cátodo y la cuña durante el movimiento descendente de la cuña.
• pinzas que sujetan el cobre antes de que se separe de la placa del cátodo. ^{[ 15 ]}

Las cuñas de pelado están montadas en dos brazos robóticos, uno para cada lado de la placa del cátodo. ^{[ 15 ]} Estos brazos pelan el cobre de la placa y colocan las láminas de cobre del cátodo en cintas transportadoras para que sean retiradas para su empaquetado. ^{[ 15 ]}