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ISASMELTプロセスは、1970年代から1990年代にかけてマウント・アイザ・マインズ（ MIMホールディングスの子会社で現在はグレンコアの一部）とオーストラリア政府のCSIROによって共同開発されたエネルギー効率の高い製錬プロセスです。製錬プロセスとしては比較的資本コストと運用コストが低く抑えられます。
ISASMELT技術は鉛、銅、ニッケルの製錬に応用されています。2021年現在、11か国で22の工場が稼働しており、マウントアイザには3つの実証工場があります。2020年の銅/ニッケル操業工場の設備容量は、原料で年間976万トン、鉛操業工場全体では年間75万トンでした。[1]
銅製錬所ISASMELTプロセスに基づく製錬所は、世界で最も低コストの銅製錬所の一つです。[2]
ISASMELT炉
ISASMELT炉は、耐火レンガで覆われた直立円筒形の鋼鉄容器です。[3]炉の底には、用途に応じてスラグ、マット、または金属の溶融浴があります。鋼鉄のランスが炉の天井の穴から浴に降ろされ、ランスから浴に注入された空気または酸素を豊富に含む空気が浴を激しく撹拌します。
鉱物濃縮物またはリサイクル用の材料は、炉の天井にある別の穴から浴に落とされるか、場合によってはランスから注入されます。これらの供給材料は注入されたガス内の酸素と反応し、他の製錬技術に比べて少量で強力な反応が起こります。
ISASMELT ランスには、噴射されたガスをランス内で回転させてランス壁に押し付け、冷却する「スワーラー」と呼ばれる装置が 1 つ以上含まれています。スワーラーは、環状の流れを形成する中央パイプの周囲に湾曲した羽根で構成されています。[4]スワーラーは、軸方向から接線方向に角度を変えて強い渦流を作り出すことで圧力損失を最小限に抑えるように設計されています。[5]渦流は、液体と固体を浴槽内の酸素と混合するのに役立ちます。[6]冷却効果により、ランスの外側にスラグの層が「凍結」します。この固体スラグの層は、ランスを炉内の高温から保護します。浴槽に浸漬されたランスの先端は最終的に摩耗しますが、摩耗したランスは必要に応じて簡単に新しいものと交換できます。摩耗した先端はその後切断され、新しい先端がランス本体に溶接されてから、炉に戻されます。
ISASMELT炉は、用途に応じて通常1000～1200℃の範囲で稼働します。[3] [7]炉の内部ライニングを形成する耐火レンガは、炉内の熱から鋼鉄シェルを保護します。
製品は、「タッピング」と呼ばれるプロセスで、1 つまたは複数の「タップ穴」から炉から取り出されます。これは連続的に取り出すことも、バッチで取り出すこともできます。タップ穴はタップの端で粘土で塞がれ、次のタップのときにドリルまたはサーミック ランスで再び開けられます。
生成物は、回転保持炉や電気炉などの沈殿容器内で分離されます。
硫化物精鉱の製錬中、原料を加熱して溶解するために必要なエネルギーのほとんどは、酸素と精鉱中の硫黄および鉄との反応から得られます。ただし、少量の補助エネルギーも必要です。ISASMELT 炉では、石炭、コークス、石油コークス、石油、天然ガスなど、さまざまな燃料を使用できます。固体燃料は、他の原料とともに炉の上部から追加するか、ランスから注入することができます。液体および気体の燃料は、ランスから注入されます。
ISASMELTプロセスの利点
ISASMELT プロセスの利点は次のとおりです。
- 小さな設置面積で高い生産性：マウントアイザにあるグレンコアの銅製錬所は、直径3.75メートルの単一の炉で年間100万トン以上の銅精鉱を処理しています。[3]設置面積が小さいため、スペースに大きな制約がある既存の製錬所への改造に適しています。[8] [9]
- 簡単な操作：ISASMELT炉は、ベルトコンベアから炉内に直接原料を排出できるため、大規模な原料準備を必要としません[10]
- 高いエネルギー効率：マウントアイザ銅製錬所にISASMELT炉を設置したことで、以前使用されていた焙焼炉や反射炉と比較して、エネルギー消費量が80％以上削減されました（硫化物濃縮物に含まれる固有エネルギーをより有効に活用することにより）。 [2]
- 供給原料の種類の柔軟性：ISASMELT炉は、幅広い組成の銅、鉛、ニッケル精鉱の製錬に使用されており、[11]高濃度の磁鉄鉱を含むものや、[10]銅スクラップや鉛蓄電池ペーストなどの二次原料も製錬している[12]。
- 燃料の種類の柔軟性：ISASMELT炉は、製錬所の所在地で最も経済的なものに応じて、さまざまなランクの塊炭、コークス（塊または微粉）、石油コークス、油（再生油を含む）、天然ガス、液化石油ガスなど、さまざまな燃料で稼働できます[3]
- 高いターンダウン比: 精鉱の入手可能性と製錬所のニーズに応じて、単一のISASMELT設備への供給速度を簡単に増減できます。
- 低い原料の持ち越し：ISASMELT炉では通常、廃ガスとともに原料の約1％が持ち越しとして失われるため、再処理のために炉に戻す必要のある材料が少なくなります[3]
- 漏洩排出物の効果的な封じ込め：炉の上部には2つの開口部しかないため、漏洩排出物を簡単に捕捉できる[10]
- 有害な微量元素の除去率が高い：ISASMELT炉のスラグに注入されたガスの洗浄作用により、銅ISASMELT炉は、製品の銅の特性に有害な影響を与える可能性のあるビスマスやヒ素などの微量元素を高度に除去します[13]
- 廃ガス中の二酸化硫黄濃度が高い：酸素濃縮の使用により、ISASMELTプラントでは廃ガス流中の二酸化硫黄濃度が高くなり、酸性プラントの建設と運用が安価になります。
- 比較的低い運用コスト：プロセスのエネルギー効率、簡単な原料準備、可動部品の相対的な少なさ、低い原料の持ち越し率、低い労働力要件、摩耗したランスと耐火ライニングの交換の容易さにより、ISASMELTプロセスの運用コストは比較的低い[10]。
- 比較的低い資本コスト：ISASMELT炉の構造の単純さと乾燥せずに濃縮物を処理できる能力により、他の製錬プロセスよりも安価になります。[10] [14]
プロセスの歴史
初期の開発（1973年～1980年）
ISASMELTプロセスは、1973年にCSIROのビル・デンホルム博士とジョン・フロイド博士がシロスメルトランスを発明したことから始まりました。 [15] [16]このランスは、錫製錬プロセスの改良に関する調査の結果として開発され、上部から入るサブマージドランスを使用すると、熱伝達と質量移動の効率が向上することがわかりました。[16]
上から入る沈下ランスのアイデアは、少なくとも1902年にフランスのクリシーで試みられた。[17]しかし、初期の試みは、ランスが浴に沈んだ状態では寿命が短かったため失敗した。三菱銅製錬法は代替アプローチの1つであり、ランスは炉内で使用されるが、浴に沈められず、代わりに酸素を豊富に含んだ空気をスラグの表面に吹き付ける（トップジェッティング）。[18]同様に、水冷式のトップジェッティングランスは、LD（リンツ・ドナウィッツ）製鋼法の基礎となった。これは、沈下ランスほど浴内での混合強度を生み出さない。[16]
CSIROの科学者たちは、最初は水冷ランスを使った水中ランスシステムの開発を試みましたが、「水冷ランスのスケールアップには問題がある」という理由で空冷システムに移行しました。[16]溶融金属やスラグを含むシステムに水を導入すると、1975年11月にスカンソープ製鉄所で11人の男性が死亡したような壊滅的な爆発を引き起こす可能性があります。[19]
シロスメルト ランスにスワーラーを組み込み、ランスにスラグの飛沫コーティングを形成することは、水中ランス製錬の成功につながった大きな革新でした。
1973年から、CSIROの科学者たちは、オーストラリアの工業スラグから金属を回収するために、シロスメルトランスを使用する一連の試験を開始しました。これには、ポートピリーのブロークンヒル関連製錬所の鉛軟化スラグ（1973年）、シドニーの関連錫製錬所の錫スラグ（1974年）、電解精錬および製錬（「ER＆S」）ポートケンブラ工場の銅転炉スラグ（1975年）、タウンズビルの銅製錬会社（MIMホールディングスの別の子会社）の銅陽極炉スラグ（1976年）、マウントアイザの銅転炉スラグ（1977年）が含まれます。[16]その後、作業は錫精鉱（1975年）、硫化錫精鉱（1977年）の製錬へと進みました。[16]
MIMとER&Sは1975年のポートケンブラ転炉スラグ処理試験に共同で資金を提供し、タウンズビルとマウントアイザでのスラグ処理作業にもMIMの関与が続いた。[20]
銅スラグ処理作業と並行して、CSIRO はスズ製錬の作業も続けていました。プロジェクトには、1978 年に Associated Tin Smelters に設置されたスラグからスズを回収する 5 トンのプラントや、Aberfoyle Limited と共同で行われた最初の硫化物製錬テスト作業 (スズは黄鉄鉱スズ鉱石と混合スズ・銅精鉱から燻製されました) が含まれていました。[21] Aberfoyle は、タスマニア州クリーブランドの鉱山やタスマニア州ジーハン近くのクイーン ヒル鉱石地帯などの複雑な鉱石からのスズの回収を改善するために、Sirosmelt ランス アプローチを使用する可能性を調査していました。[22] [23]
アバーフォイルの研究は、1980年後半に西オーストラリア州カルグーリーの南に位置するウェスタン鉱業会社の カルグーリーニッケル製錬所に4トン/時の錫マット燻蒸パイロットプラントが建設され、稼働することにつながった。[23]
ISASMELT開発をリード
小規模作品（1978年～1983年）
1970年代初頭、鉛製錬産業の主力であった伝統的な高炉と焼結プラントの技術は、より厳しい環境要件、エネルギーコストの上昇、金属価格の下落、資本コストと運用コストの上昇による継続的な圧力にさらされていました。[15]
多くの製錬会社は焼結工場や高炉に代わる新しい製錬法を模索していた。その可能性としては、QSL鉛製錬法、キブチェット法、カルド上吹き回転転炉、そしてオウトクンプの成功した銅とニッケルの自溶炉を鉛製錬に応用することなどがあった。[24]
MIM は、マウント アイザの鉛製錬事業の将来を守る方法を模索していました。同社は次の 2 つの方法でこれを実現しました。
- 既存の事業の環境および業務パフォーマンスの改善に取り組んでいる
- 新しい技術を研究する。[15]
MIMは、キブチェット法を除く当時のすべてのプロセスオプションについて、マウントアイザの鉛精鉱の大規模な区画のプラントテストを手配することで、新しい技術を調査しました。同時に、三菱およびカルド法でのトップジェッティングランスの使用と、 1960年代にアサルコ（MIMホールディングスの株主であるなど、MIMと長い関係があった）が行ったトップエントリーサブマージド燃焼ランスの調査を認識していました。これは、堅牢なサブマージドランスを製造する方法と見なされていたシロスメルトランスに対するMIMの関心を刺激しました。[15]
1976年から1978年にかけての銅スラグ試験に続き、MIMは1978年にCSIROとの共同プロジェクトを開始し、シロスメルトランスを鉛製錬に適用する可能性を調査した。[7]
作業は平衡熱力学のコンピュータモデル化（1978年）から始まり、続いて大型アルミナ珪酸塩るつぼを使用した実験室規模の試験作業（1978～1979年）が行われた。その結果は十分に有望であったため、MIMはマウントアイザに120 kg/hの試験装置を建設した。この装置は1980年9月に稼働を開始した。この装置は、マウントアイザの鉛精鉱から鉛地金を製造する2段階プロセスの開発に使用された。第1段階は、原料からほぼすべての硫黄を除去する酸化ステップであり、含まれる鉛を酸化鉛（PbO）に酸化し、その大部分はスラグに集められた（一部は鉛酸化物フュームとして炉外に持ち出され、鉛回収のために戻された）。第2段階は還元ステップであり、鉛から酸素が除去されて鉛金属が形成された。[7]
主導的なISASMELTパイロットプラント（1983年～1990年）
120 kg/hの試験作業に続いて、MIMはマウントアイザ鉛製錬所に5 t/hの鉛ISASMELTパイロットプラントを設置することを決定しました。同社はアバフォイルのマットフューム炉を購入し、カルグーリーからマウントアイザに輸送し、そこで1983年に再建され、稼働を開始しました[16]。連続運転でのプロセスの第1段階を実証し、高鉛スラグのバッチを使用して還元段階をテストするためです。[25]
パイロットプラントの主な特徴の1つは、鉛製錬所の操業担当者が、まるで操業工場であるかのように操業したことであった。[15]鉛精鉱の連続製錬によって生成された高鉛スラグは、その後焼結工場で処理され、鉛製錬所の生産量が最大17％増加した。[26]これにより、操業担当者は工場の所有権とそれを稼働させるインセンティブを得て、管理と保守の優先順位を確保した。また、MIMは、プロセスが通常の人員と監督の下で生産環境で操作できるほど単純であり、通常の制御逸脱に耐えるほど堅牢であることを確信した。[15]鉛濃縮物を連続的に処理して高鉛スラグを製造することに加え、パイロットプラントではスラグのバッチから鉛金属を製造し、[25]炉の耐火ライニングとランスの摩耗率を調査し、シロスメルトランスの低圧バージョンの開発を目指した初期作業が行われました。その結果、約250キロパスカル（ゲージ）（「kPag」）の初期値よりも大幅に低い圧力で操作できるランス設計が実現し、運用コストが削減されました。[7]
MIMは最初の炉の隣に2台目の同一の炉を建設し、1985年8月に稼働させました。この炉の組み合わせは、1987年半ばに2段階プロセスの連続運転を実証するために使用されました。[25]しかし、ほとんどの時間、廃ガスから鉛粉塵を濾過するために使用されるバグハウスの容量の制約により、2つの炉を同時に稼働させることはできませんでした。[25]
一連のプロセス改善、特に廃ガス処理システムの改善により、プラントの処理能力は当初の設計値の5t/hから10t/hに増加しました。[10]パイロットプラントは1989年4月までに125,000t以上の鉛濃縮物を処理しました。[12]
この2つの炉は、マウント・アイザ鉛製錬所のドロス処理から鉛を回収するプロセスの開発にも使用されました。[25]
主力ISASMELT実証プラント（1991～1995年）
パイロットプラントの作業結果に基づき、MIMホールディングスの取締役会は、6500万豪ドル[27]の実証プラントの建設を承認しました。このプラントは、年間6万トンの鉛地金を生産することができます。[25]このプラントは、1991年初頭から1995年まで稼働しました。[28]当初は、27%に濃縮されたランス空気を使用して、20 t/hの鉛精鉱を処理するように設計されていました。しかし、当初このプラント用に指定されていた酸素は、より収益性の高い銅製錬事業に転用され、鉛ISASMELT実証プラントへの供給速度は大幅に制限されました。[28] 1993年に十分な酸素が利用可能になり、濃縮レベルを33～35%に上げると、最大36 t/hの精鉱の処理速度が達成され、最終還元炉スラグの残留鉛は2～5%の範囲でした。[28]
ISASMELT鉛製錬への2段階アプローチは、マウントアイザ鉛精鉱の鉛含有量が比較的低いことに部分的に起因しています（鉛ISASMELT開発期間中は通常47〜52％の鉛の範囲でした）。[7] [29] [30]このような低精鉱グレードで単一の炉で鉛地金を製造しようとすると、鉛酸化物が過剰に発煙し、鉛を回収するために大量の材料を炉に戻さなければならなくなり、 [7]その結果、その材料を炉の温度まで再加熱する必要があるため、より多くのエネルギーが必要になります。
鉛含有量の多い精鉱は、過剰な煙を出さずに単一の炉で直接鉛金属に精錬することができる。[7]これは1994年に大規模に実証され、67%の鉛を含む4000トンの精鉱が、27%に濃縮されたランス空気で最大32トン/時の速度で処理された。これらの試験中、精鉱中の鉛の50%が精錬炉で鉛地金に変換され、残りの大部分は精錬炉スラグ中の酸化鉛となった。[28]
先導ISASMELTパイロットプラントと同様に、先導ISASMELT実証プラントも、廃ガス処理システムによる制約に悩まされていました。実証プラントの場合、問題は、廃熱ボイラーの対流管束に絶縁層を形成する粘着性の煙によって引き起こされ、熱伝達率が大幅に低下し、その結果、ボイラーの廃ガス温度を下げる能力が低下しました。[12]プラントは、バグハウスを使用して廃ガスから鉛の煙をろ過していたため、バッグが高温で損傷する温度以下にガスの温度を下げる必要がありました。この問題は、冷たい空気を熱い廃ガスと混合して、バグハウスが動作できるレベルまで温度を下げることで解決しました。[12]これにより、バグハウスでろ過できるガスの量によって再び制限されたため、ISASMELTプラントの能力が低下しました。
鉛のISASMELT実証プラントは、このプラントと鉛製錬所の残りの部分を稼働させるのに十分な精鉱がなかったため、1995年に休止されました。[12]マウントアイザの鉛精鉱をすべて単独で処理するには小さすぎました。
商用一次鉛ISASMELTプラント（2005年以降）
最初の商業用一次鉛ISASMELT炉は、中国雲南省曲靖にある雲南池紅亜鉛ゲルマニウム株式会社（YCZG）の新規亜鉛・鉛製錬施設に設置されました。[31]この炉は、ISASMELT炉と高鉛ISASMELTスラグを処理するために特別に設計された高炉で構成されるプラントの一部でした。[28] ISASMELT炉はスラグと鉛地金の両方を生産するように設計されており、ISASMELT炉で濃縮物中の鉛の約40％が鉛地金に変換されました。[31]
ISASMELTと高炉の組み合わせは、年間16万トンの鉛精鉱を処理するように設計されました。[1]
2番目の商用一次鉛ISASMELT炉は、2012年にカザフスタンのウスチ・カメノゴルスクにあるカズィンクの製錬所で稼働を開始しました。この炉もISASMELTと高炉の組み合わせを使用して、年間30万トンの鉛精鉱を処理するように設計されています。[1]
YCZGは中国の恵沢にある新たなグリーンフィールド製錬所にもう一つの鉛ISASMELTを建設中で、2013年に稼働開始の予定である。[1]
2017年6月、グレンコアは、ニルスターNVがポートピリーの新しいオースメルト炉用のイサスメルトライセンスを取得したと発表した。契約の一環として、ニルスターは、カザフスタンにあるグレンコアのカジンク事業所の人員に、オースメルト炉と高炉のトレーニングと立ち上げ支援サービスを依頼した。これには、ウスチ・カメノゴルスク事業所でのニルスターの人員のトレーニングと、オースメルト工場の試運転と立ち上げ段階でのカジンクの人員による現場サポートが含まれていた。[32]
二次鉛製錬（1982年以降）
1982年から1983年にかけて鉛ISASMELT 5t/hパイロットプラントが設計されていた一方で、MIMは120kg/hのテスト装置を使い続け、前述のドロス処理プロセスや鉛リサイクルのための鉛蓄電池ペーストの処理など、他のプロセスの開発を続けました。[7]
MIMホールディングスの取締役会は、英国ノースフリートにある同社の鉛精錬所であるブリタニア・リファインド・メタルズに、バッテリーペーストから鉛を商業的に回収するためのISASMELTプラントの建設を承認した。これは、短回転炉を使用して年間10,000トンの鉛を生産していた既存のプラントを補完するものであった。[33]新しいプラントは、リサイクル鉛の年間生産量を30,000トンに増加し、1991年に稼働を開始した。[33] ISASMELT炉は、バッテリーペーストからアンチモン含有量の低い鉛地金と、55～65%の酸化鉛を含むアンチモンを多く含むスラグを製造するために使用された。ISASMELT炉のスラグから還元工程で鉛を回収することは可能であったが、十分な量のスラグが生成されたときに短回転炉でスラグを処理することで、プラント全体の処理能力が向上した。[33]この工場はバッテリーペーストを毎時7.7トン処理するように設計されていたが、通常は毎時12トンを処理していた。[33]この工場は、MIMホールディングスの鉛事業を引き継いだエクストラータ・ジンクが鉛リサイクル事業から撤退することを決定したため、2004年に閉鎖された。[33]
リサイクル電池から鉛を回収する2番目の鉛ISASMELTプラントは、2000年にマレーシアのMetal Reclamation IndustriesのPulau Indah工場で稼働しました。[33]このISASMELTプラントの設計能力は、鉛地金40,000トン/年です。[1]
銅ISASMELT開発
小規模試験作業（1979年～1987年）
CSIROの科学者は1979年にCSIROの50kgシロスメルト試験装置を使用して硫化銅精鉱の小規模試験を実施した[16] 。 [34]これらの試験には40～52%の銅を含む銅マットの製造や、場合によってはマットを加工して粗銅を製造することが含まれていた。[34]
この研究の結果は十分に有望なものであったため、MIMは1983年に[35]、当時250kg/hに再評価されていた120kg/hのテスト装置を使用して独自の銅製錬テスト作業プログラムを実施しました。[27]このプロセスは制御が容易で、スラグへの銅の損失が少ないことがわかりました。[10]また、このプロセスでは、マウントアイザに大量に備蓄されていた銅転炉スラグ濃縮物から簡単に銅を回収できることもわかりました。[10]
銅ISASMELT実証プラント（1987年～1992年）
15 t/hの銅ISASMELT実証プラントの建設は1986年に始まりました。この設計は、MIMの250 kg/hのテスト作業と、先行ISASMELTパイロットプラントの運用経験に基づいています。[27]コストは1100万豪ドルで[10]、1987年4月に稼働しました。[27]初期資本コストは、運用開始から14か月で回収されました。[26]
主たるISASMELTパイロットプラントと同様に、銅ISASMELT実証プラントは銅製錬所の操業に統合され[15]、銅生産量が20%（30,000トン/年）増加したことで正当化されました。[10]このプラントは、反射炉で高速度で処理すると磁鉄鉱（「Fe 3 O 4 」）の堆積物が生成され、反射炉を停止して除去する必要が生じることなく、転炉スラグ濃縮物のバックログ全体を迅速に処理しました。[36]
銅のISASMELT実証プラントは、銅プロセスのさらなる開発に使用されました。耐火物の寿命は当初予想よりも短く[37]、その理由を理解し、耐火物の寿命を延ばすために多大な努力が費やされました。[37]実証プラントの寿命の終わりに達成された最長の耐火物の寿命は90週間でした。[37]
当初はランスの寿命も短かった。[37]経験の浅い作業者は、わずか10分でランスを破損することがあった。[37]しかし、ランスの設計変更、浴槽内でのランスの位置を決定する技術の開発、および操作経験の向上により、典型的なランスの寿命は1週間に延長された。[37]
実証プラントは、高圧（700 kPag）の空気をランスに注入して稼働しました。[27]その後、低圧ランスの設計とランス空気の酸素濃縮を使用した試験を徹底的にテストした後、70 t/dの酸素プラントと、排出圧力が146 kPagの5 Nm3/sのブロワーが購入されました。[27]新しいランスの設計は、100 kPag未満の圧力で動作できました。[35]ランス空気の酸素を35％に濃縮することで、実証プラントの処理能力は濃縮物48 t/hに上がり、製錬中に使用される総エネルギーは、含まれる銅1トンあたり25.6 GJ/tから4.1 GJ/tに削減されました。[27]
商業用一次銅ISASMELTプラント（1990年以降）
銅のデモ用ISASMELTの運用と開発が成功し、世界中の製錬業界がこの新しいプロセスに高い関心を示したことから、MIMホールディングスはISASMELT技術を外部企業にライセンス供与するのに十分な自信を得ることができた。[38]そのため、MIMがSirosmeltランスをISASMELT技術に組み込むことができる契約が1989年にCSIROと締結された。[26]
AGIPオーストラリア
MIMは1990年7月にAgip Australia Proprietary Limited（「Agip」）と最初のISASMELTライセンス契約を締結しました。イタリアの石油会社ENIの子会社であるAgipは、西オーストラリア州カラサ近郊のラジオヒルニッケル銅鉱床を開発していました。[26] MIMとAgipの代表者は、マウントアイザの250kg/hテスト装置で4トンのラジオヒル濃縮物を精錬する一連の試験を実施しました。[26]
Agip ISASMELTプラントは、ラジオヒルの精鉱を毎時7.5トン処理し、ニッケルと銅を合わせて45%の粒状マットを毎時1.5トン生産して販売できるように設計されていた。[26] [27]このプラントは、銅ISASMELT実証プラント（内径2.3メートル）と同じサイズで、ランスエアーを供給する5.5Nm3/sの送風機を備えていた。[26]プラントの試運転は1991年9月に開始されたが、[12]ラジオヒルの鉱山と製錬所の複合施設は、試運転が完了する6か月も経たないうちにニッケル価格の低迷により閉鎖を余儀なくされた。[12 ] [27] ISASMELT炉は3か月以内に設計容量を達成した。[12]その後の鉱山所有者は採掘と鉱物処理のみに注力し、ISASMELTプラントは解体された。[12]
フリーポート・マクモラン銅・金
1973年、アリゾナ州マイアミのフリーポート・マクモラン銅・金（「フリーポート」）製錬所は、マイアミ製錬所に51MWの電気炉を設置した。この決定は、ソルト・リバー・プロジェクトとの長期電力契約に基づいており、同社はこの契約により非常に低い電気料金で電力を調達していた。[8]この契約は1990年に期限切れとなり、その結果電気料金が上昇したため、製錬所の所有者であるキプロス・マイアミ鉱業会社（「キプロス」）は、より低い運営コストのために代替の製錬技術を模索することになった。[8]
評価された技術には以下が含まれます。
コントップ、インコ、三菱、オウトクンプの各プロセスは「主に粉塵レベルが高く、資本コストが高く、既存の施設への適応性が低いため、すべて排除された」。テニエンテ転炉は、部分的な精錬に電気炉を使用する必要があるため除外された。ノランダ反応炉は、「耐火物の摩耗が大きく、反応炉スラグの取り扱いにより既存のプラントへの適応性が低いため」選択されなかった。[8] ISASMELT が優先技術として選択され、1990 年 10 月に MIM とライセンス契約が締結された。ISASMELT 技術を選択する決定の主な要因は、既存のプラントに適合し、既存の機器とインフラストラクチャを最大限に活用できることであったが、主な欠点は、マウント アイザの実証プラントから技術を拡大することに伴うリスクであると考えられた。[8]
マイアミの銅製錬所ISASMELT炉は、年間59万トン（65万ショートトン）の銅精鉱を処理できるように設計されていたが、処理量は製錬所の廃ガスから二酸化硫黄を回収する硫酸工場の能力によって制限されていた。[8]既存の電気炉は製錬用からスラグ洗浄炉に改造され、転炉にマットサージ能力を提供した。[8] ISASMELT炉は1992年6月11日に稼働し、2002年には年間70万トン以上の精鉱を処理した。[39]マイアミ製錬所の近代化には推定9,500万米ドルの費用がかかった。[27]
1993年、キプロス・ミネラルズ・カンパニーはAMAXと合併してキプロス・アマックス・ミネラルズ社を設立し、1999年後半にフェルプス・ドッジ社に買収された。買収後、フェルプス・ドッジ社はヒダルゴとチノの製錬所を閉鎖した。[40]フェルプス・ドッジ社は2006年にフリーポート社に買収された。
マイアミ製錬所は、米国で稼働中の銅製錬所のうち2つのうちの1つであり、1979年には16ヶ所あった。[41]
マウントアイザ鉱山
3番目の商業用銅ISASMELTプラントは、MIMのマウントアイザ銅製錬所に約1億豪ドルの費用で設置されました。[37]このプラントは、180,000トン/年の銅を含む104トン/時の銅精鉱を処理するように設計されており、1992年8月に稼働を開始しました。[37]
マウントアイザ銅ISASMELT工場と他のすべての工場との大きな違いは、炉の廃ガスから熱を回収するためにアールストロムフラックスフロー廃熱ボイラー[42]を使用していることです。このボイラーは、炉から出るガスを急速に冷却するために粒子の再循環流動床を使用し、次に固体-固体接触の強化された熱伝達特性を使用して、床の上のシャフトに吊り下げられたボイラーチューブを通過する粒子を冷却します。[37]高い熱伝達率により、フラックスフローボイラーは従来の廃熱ボイラーと比較して比較的コンパクトであり、廃ガスの急速な冷却により三酸化硫黄（「SO 3 」）の生成が制限されます。三酸化硫黄は水の存在下で硫酸を形成し、冷たい表面の腐食を引き起こす可能性があります。[43]
フラックスフローボイラーは、初期の頃はボイラー管の摩耗率が予想よりもはるかに高かったため、大幅なダウンタイムの原因となっていました。[43]問題は、ボイラー内のガスの流れを理解し、ボイラー管を再設計して浸食の影響を最小限に抑えることで解決されました。[43]
ISASMELT炉の耐火レンガの寿命は当初予想よりも短く、寿命を延ばすために水冷システムの導入が検討されたが[43]、これは導入されず、運用の改善により、資本および運用費をかけずにライニングの寿命が大幅に延びた。[44] 1998年以降、耐火ライニングの寿命は設計上の2年を超えており[12] 、 8番目と9番目のライニングの寿命はほぼ3年に達した。[45]最新のライニングは50か月間持続し、その前のものは44か月間持続した。[46]
マウントアイザでの操業開始後数年間、ISASMELT炉の処理能力は、ボイラー、スラグ造粒システム、濃縮物フィルターなど、工場内の補助設備の一部に問題があったために制約を受けた。[44]最終的な制約は、銅製錬所の生産量を陽極銅265,000トン/年に増やすために、2基の反射炉のうち1基を稼働させておくという建設中の決定だった。製錬所のピアス・スミス転炉がボトルネックとなり、反射炉から十分な量のマットを引き出して凍結を防ぐため、ISASMELT炉の供給速度を抑制しなければならなかった。[2]この期間の大半でISASMELTの供給速度の12か月移動平均は100 t/hにわずかに届かず、設計上の年間平均104 t/hには達しなかった。[44] MIMは1997年に反射炉の閉鎖を決定し、この制約が解除されると、ISASMELT工場の12か月間の平均供給速度はすぐに104t/hの設計値を超えました。[44]
ISASMELTプラントの性能は十分に有望であったため、MIMはランス空気の濃縮度を高めるために2番目の酸素プラントを追加してISASMELT処理速度を166 t/hに拡大することを決定しました。[44]その結果、2001年後半までに190 t/hのピーク濃縮速度を達成し、製錬所はピーク時に年間合計240,000 tの陽極銅を生産しました。[44]当時、マウントアイザ銅製錬所はタウンズビルの銅精錬所とともに、世界で最も低コストの銅製錬所の1つでした。
ランスの寿命は通常2週間で、ランスの交換には30～40分かかり、修理は通常ランスの先端の交換に限られます。[47]
2006年にMIMは既存の保持炉と並行して稼働する2台目の回転保持炉を稼働させました。[48]
ステリライト インダストリーズ
ヴェダンタ・リソーシズの子会社であるステリライト・インダストリーズ（「ステリライト」）は、 ISASMELT製炉とピアース・スミス製転炉を使用してトゥティコリンに銅製錬所を建設した。製錬所は1996年に稼働を開始し[1]、6万トン/年の銅（銅精鉱45万トン/年）を生産するように設計されたが、[45]ランス空気の酸素含有量を増やし、他の機器を改造することで、ISASMELT製炉の供給速度が上昇し、製錬所は18万トン/年の銅を生産するようになった[12] 。
スターライトは2005年5月に新しいISASMELT炉を稼働させた[48]。この炉は年間130万トンの銅精鉱を処理できるように設計されており[45]、製錬所の生産能力は年間30万トンの銅に拡大された。[12]新しい工場は、最初の原料の処理を開始してから6か月後の3か月間で設計能力に達した。[48]ヴェダンタのウェブサイトには、新しいISASMELT炉が「記録的な45日間で」正常に立ち上げられたと記載されている。[49]
それ以来、スターライトは、3番目のISASMELT製錬所とIsaKidd技術を使用した新しい精錬所を設置して、銅生産をさらに拡大することを決定しました。[50]新しい製錬所の設計容量は、単一のISASMELT炉で処理される銅精鉱（年間40万トンの銅を含む）136万トン/年の能力です。[51]
雲南銅公司
1990年代、中国政府は工場の近代化により中国経済の効率を高め、重工業の環境影響を減らすことを決定した。[9]その対応策として、雲南銅業公司（YCC）は焼結工場と電気炉をベースとした既存の工場を、銅ISASMELT炉にアップグレードした。[9]マイアミ製錬所と同様に、電気炉は製錬からマットとスラグの分離、および転炉へのマットサージ容量の提供に転換され、ここでもISASMELT炉の設置面積が小さいことが、既存の製錬所に後付けする上で非常に重要であった。[9]
YCC ISASMELT 工場の設計能力は銅精鉱 60 万乾燥トン/年で、2002 年 5 月 15 日に精鉱の製錬を開始しました。[9] YCC はオペレーターのトレーニングに力を入れており、ISASMELT の稼働開始に先立ち、2001 年に 7 か月間にわたりマウント アイザに人材を派遣してトレーニングを行いました。[9] ISASMELT 炉を含む製錬所近代化プログラムの総費用は 6 億 4000 万元 (約 8000 万米ドル) で、その結果、製錬所の精鉱処理量は 47 万トン/年から 80 万トン/年に増加しました。[52]
MIMからYCCへの操業知識の移転により、最初のISASMELT炉耐火ライニングは2年間持続し、他の工場の初期ライニングの寿命を大幅に改善することができました。[52]
YCCは、この近代化プロジェクトを「期待されていたことをすべて達成した大成功」と評した。[52 ] ISASMELT炉の設置により、生産される粗銅1トンあたりのエネルギー消費量は34%減少し、YCCは操業開始後38か月間でエネルギーコストの削減だけで約3,140万ドルを節約できたと見積もっており、[52]業界標準からすると近代化の投資回収期間は非常に短い。
2004年、YCCの経営陣は、製錬所近代化プロジェクトの成功を記念して、中国政府からプロジェクト管理における革新賞と高品質プロジェクトに対する国家メダルを授与されました。[52]
Xstrataはその後、YCCにさらに3つのISASMELTプラントを建設するライセンスを付与した。1つは中国雲南省のChuxiongに年間50万トンの銅精鉱を処理するプラント、1つは中国四川省のLiangshanに[1]、もう1つはザンビアのChambishiに年間35万トンの精鉱を処理するプラントである。[1] ChuxiongとChambishiは2009年に稼働を開始した。[1] Liangshanは2012年に稼働を開始した。[53]
- モパニ銅鉱山、ザンビア統合銅鉱山有限会社の一部
南ペルー銅公社
1990年代、 南ペルー銅公社（SPCC）は、1997年にペルー政府に、製錬所で発生する二酸化硫黄の少なくとも91.7%を2007年1月までに回収するという約束の一環として、ペルー南部のイロにある製錬所の近代化を図っていた。 [54]当初、反射炉に代わる自溶炉製錬技術を選択し、費用は10億ドル近くになった。[14]しかし、グループ・メヒコによるASARCOの買収後、最初に行われた措置の1つは、イロ製錬所の近代化計画の見直しだった。[14]
カジンク
カジンクはウスチ・カメノゴルスク冶金コンプレックスに銅ISASMELTプロセスを選択しました。このプロセスは年間29万トンの銅精鉱を処理するように設計されており[1]、2011年に稼働を開始しました。[55] 2006年の製錬所と精錬所の予想資本コストは1億7800万米ドルでした。[56]
商業用二次銅ISASMELTプラント
銅精鉱の処理に加えて、ISASMELT 炉は二次（スクラップ）銅材料の処理用にも構築されています。
ユミコア
1990年代初頭、当時のユニオン・ミニエールの技術者がMIMホールディングスの担当者と協力し、銅と鉛を含むスクラップ材料と残留物を処理するISASMELTベースのプロセスを開発しました。[38]ユニオン・ミニエールは、ベルギーのアントワープ近郊のホーボーケンで、非鉄金属スクラップのリサイクルを専門とする製錬所を運営していました。テスト作業プログラムは、英国ノースフリートにあるMIMホールディングスの鉛精錬所、ブリタニア・リファインド・メタルズのISASMELTテスト装置を使用して実施されました。[38]
デモプラントはMIMホールディングスの担当者によって設計され、ホーボーケン製錬所の敷地内で数か月間稼働した。[57]新しい製錬所は1997年第4四半期に稼働を開始し[38]、2007年には年間30万トンの二次原料を処理していた。[57] ISASMELT炉の設置により、焙焼プラント、焼結プラント、硫酸プラント2つのうち1つ、銅高炉、ホーボーケン転炉4つが置き換えられた。[58]これにより、ホーボーケン製錬所の運営コストが大幅に削減された。[48]
ユミコアのホーボーケン工場では、1つの炉で2段階のプロセスを採用しています。最初のステップでは、原料を酸化して銅マットと鉛を多く含むスラグを形成します。次にスラグを取り出し、残った銅マットを粗銅に変換します。[57]鉛を多く含むスラグはその後、高炉で還元されて鉛金属が生成され、銅は精錬され、含まれる貴金属が回収されます。[57]
オルビス
ドイツのリューネンにあるヒュッテンヴェルケ・カイザー製錬所は、スクラップ銅の製錬に使用されていた3基の高炉と1基のピアス・スミス転炉を置き換えるため、2002年にISASMELTプラントを設置した。[57]その後、同社はNorddeutsche Affinerie AGに買収され、 Aurubisとなった。
リューネン製錬所で使用されているプロセスは、1〜80％の銅を含む銅残留物とスクラップを炉に投入し、還元環境で溶解することです。これにより、「黒銅相」と低銅シリカスラグが生成されます。当初、黒銅はISASMELT炉で粗銅に変換されました。[57]しかし、2011年に「KRSプラス」プロジェクトの一環として製錬所が拡張されました。黒銅の変換には上吹きロータリーコンバータが使用され、ISASMELT炉は製錬モードで連続的に稼働します。[59] [60]
ISASMELT炉の設置により、スラグへの損失が減り、工場全体の銅回収量が増加し、稼働中の炉の数が減り、廃ガスの量が減少し、エネルギー消費が50％以上削減されました。生産能力は当初の設計を40％上回っています。[57]
カンダンシ
アトランティック・コッパー
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