First Quantum mejora la confiabilidad de la mina Kansanshi con fibra Accelovant

Oct 18, 2023

Kansanshi Mining, una empresa propiedad de First Quantum ubicada en Zambia, está aprovechando los sensores de fibra óptica de Accelovant para resolver sus problemas de señalización y fallas electrónicas y de arco eléctrico en la principal mina de cobre.

Kansanshi opera uno de los sitios de minería y fundición de cobre más grandes y productivos del mundo. Las operaciones de fundición utilizan precipitadores electrostáticos húmedos (ESP) para limpiar el gas de dióxido de azufre mediante la eliminación de neblina ácida (aerosoles) y partículas de polvo que pueden generar un efluente de ácido sulfúrico concentrado tóxico. Si bien los ESP se consideran uno de los lavadores de procesos más efectivos en esta aplicación, el control de la temperatura del proceso ha sido durante mucho tiempo un impedimento para un uso más amplio. El control del ESP requiere tecnología de medición de temperatura que pueda soportar simultáneamente alto voltaje, rango de temperatura alto y campos electromagnéticos altos.

En la aplicación, el ESP húmedo utiliza campos electromagnéticos de alto voltaje para atraer o impulsar diferentes moléculas en una corriente de gas para afectar la separación y la recolección. Tiene un campo que consta de electrodos de descarga en el centro de electrodos colectores tubulares. El gas es ionizado por la descarga de corona de los electrodos de descarga. Las partículas contenidas en el gas se cargan y migran bajo la influencia del campo electrostático hacia los electrodos puestos a tierra.

En el caso de la fundición de cobre de Kansanshi, el gas de dióxido de azufre de la fundición se mueve a través de las plantas de ESP húmedo para separar la neblina ácida y el polvo de la corriente de gas. La neblina ácida es altamente corrosiva y, si no se elimina del gas, es capaz de dañar los equipos posteriores, como los sopladores de gas y los conductos.

Para operar correctamente y evitar daños a los componentes eléctricos y cerámicos del ESP húmedo, debe calentarse a una temperatura constante entre 325 y 340 °C. Operar en este rango evitará la condensación de la niebla. Si se produce condensación, aumenta sustancialmente el riesgo de cortocircuito que puede provocar un rendimiento deficiente de la unidad.

Históricamente, los ESP empleaban termopares en flujo convencionales y/o detectores de temperatura de resistencia (RTD), ambos altamente susceptibles al ruido eléctrico. Cuando se emplearon, estos sensores no eran confiables y representaban un riesgo de descarga disruptiva debido al entorno de alto voltaje.

Pieter Oosthuizen, superintendente de instrumentación de control, y Bodrick Mumba, superintendente de operaciones de la planta de ácido sulfúrico, trabajan para mantener un funcionamiento constante y confiable de la planta de fundición y los ESP. Los ESP funcionan las 24 horas del día en conjuntos emparejados, procesando un flujo constante de gas de fundición.

Según Mumba, si un ESP está operando fuera del rango de temperatura adecuado, el volumen de gas de fundición debe reducirse reduciendo el tratamiento de concentrado en el horno de fundición principal hasta que la unidad vuelva al estado operativo adecuado.

"Si la temperatura cae por debajo del punto de ajuste, existe un gran riesgo de neblina de ácido y condensación en los aisladores cerámicos del ESP", dijo Mumba. "Si la cerámica está dañada, el posible tiempo de inactividad para reparar ciertamente reduciría el rendimiento y la producción de la planta".

En un entorno operativo hostil que rodea a los ESP húmedos (alto voltaje, ruido eléctrico y alta temperatura), monitorear y administrar niveles de temperatura precisos mediante el uso de sensores en la corriente fue un ejercicio difícil y altamente impredecible. Las unidades ESP suministradas por Metso Outotec están diseñadas para permitir el uso de múltiples sensores diferentes que se ajustan a un factor de forma estandarizado, lo que permite al operador instalar el sensor más efectivo para el caso de uso.

"Las unidades ESP operan con una carga típica de 45 kV en corrientes en el rango de 500-600 miliamperios", dijo Oosthuizen. "En este tipo de entorno, hay un tremendo ruido electromagnético y corrientes inducidas en cualquier cosa que sea conductora o que utilice componentes electrónicos. Esto incluye los termopares y los RTD que normalmente se emplean para monitorear altas temperaturas en entornos industriales. Probamos muchos tipos de dispositivos diferentes, pero en todos los casos la electrónica se quemaría y fallaría debido a los campos electromagnéticos perdidos".

Oosthuizen señaló que en el entorno de la planta de fundición, tanto los dispositivos RTD como los termopares estaban sujetos a descargas disruptivas de alto voltaje que pueden dañarlos o, como mínimo, interrumpir las señales eléctricas transmitidas desde el sensor a su controlador. Tales condiciones de la planta contribuyen a las altas tasas de falla del sensor, y la dificultad para mantener las señales esencialmente impidió el control automatizado.

Operar bajo control manual era más costoso y significaba que los operadores tenían que hacer lecturas regulares de temperatura y ajustar los parámetros operativos para mantener el rango adecuado. En un entorno operativo complejo con muchas variables, hacer estos ajustes manualmente era un proceso continuo que consumía una cantidad considerable de tiempo y dinero de personal.

La alta tasa de fallas de los sensores y la incapacidad de utilizar controles automatizados fueron factores limitantes para mantener la operación confiable y consistente de los ESP y de la productividad de toda la planta. En su búsqueda de una solución viable, Mumba y Oosthuizen descubrieron que los sensores de temperatura de fibra óptica se empleaban ampliamente en entornos hostiles debido a su inmunidad al ruido eléctrico.

"A medida que investigamos los sensores de fibra óptica, quedó claro que la inmunidad inherente al ruido eléctrico podría resolver nuestros problemas de señalización y fallas electrónicas y de arco, pero también necesitábamos abordar las condiciones operativas de alta temperatura", dijo Oosthuizen. "Si bien las especificaciones operativas para la mayoría de los proveedores de sensores de fibra óptica en el mercado se extendieron hasta el rango de 325-340 °C, nuestros requisitos se encontraban en el extremo superior del rango recomendado, por lo que estábamos un poco preocupados por la longevidad en servicio del producto. Fue entonces cuando descubrimos un proveedor canadiense que se especializaba en sensores de fibra óptica de alta temperatura".

El equipo encontró una nueva clase de sensores de fibra óptica del fabricante canadiense Accelovant que parecía abordar los dos problemas clave que estaban tratando de resolver.

Los sensores de fibra óptica utilizan únicamente la energía de la luz para medir la temperatura. Debido a que no contienen ninguna función eléctrica, son inmunes a los efectos electromagnéticos adversos inherentes a los sensores convencionales, como termopares y RTD. Si bien actualmente se emplean ampliamente en aplicaciones industriales, por lo general se limitan a 250 ˚C. Por encima de esa temperatura, los compuestos organofosforados utilizados para generar la señal óptica de medición de temperatura comenzarán a fallar.

"Accelovant se especializa en sensores de fibra óptica de alta temperatura", dijo Michael Goldstein, CEO de Accelovant. "Regresamos a los conceptos básicos de la ciencia de los materiales e inventamos un material óptico similar a la cerámica patentado para crear una nueva clase de sensores de temperatura de fibra óptica que podrían soportar temperaturas mucho más altas y ofrecer una vida útil más prolongada a temperaturas superiores a 450 °C".

En abril de 2022, se instalaron sensores de fibra óptica Accelovant en uno de los pares de ESP que funcionan en la planta. Poco después de la instalación, Oosthuizen estaba listo para experimentar con la utilización de los controles automatizados disponibles en el software de gestión de la planta.

"Sabíamos que, en teoría, los sensores de fibra óptica superarían a los sensores electrónicos, pero queríamos estar seguros de que también sería así en la práctica", dijo. "Después de varios meses de observación y pruebas, pasamos a operar los controles de temperatura en esos dos ESP en automático, por primera vez en más de ocho años de funcionamiento".

Los sensores de fibra óptica Accelovant brindaron la longevidad a alta temperatura y la inmunidad electromagnética necesarias para proporcionar un monitoreo y control de temperatura confiable y consistente dentro de las operaciones de fundición de cobre húmedo ESP en Kansanshi, dijo la compañía.

Oosthuizen informa que después de 11 meses en servicio, los sensores de fibra óptica Accelovant estaban funcionando según lo exigido y permitieron un control completamente automatizado de los ESP. "En los años que los ESP han estado en funcionamiento, nunca hemos podido operar sin que un sensor falle durante un período tan prolongado", señaló.

La estabilidad de los sensores Accelovant finalmente ha permitido la gestión automatizada de las temperaturas del flujo y ha eliminado algunos de los desafíos operativos en la planta.

Mumba agregó: "Los sensores Accelovant han aumentado nuestra eficiencia al eliminar el ajuste manual de la temperatura, un proceso que podría requerir múltiples iteraciones para lograr los resultados deseados. Brindan confiabilidad que nos permite concentrar nuestro tiempo en otros asuntos".