Reporte de resultados Modelamiento de procesos ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 DE CERRO MATOSO S.A. INFORME DE RESULTADOS Presentado a: INP Proyectos Preparado por: Mayra Forero – Rafael Ardila Aprobado por: Antonio Tapia Cliente: Carlos Agudelo WALL – Consulting Engineering Abril 2022 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 1 Reporte de resultados Modelamiento de procesos El presente informe se desarrolla con el fin de dar a conocer los resultados obtenidos luego de realizar un análisis de acidez al sistema de limpieza de gases del calcinador KN01 de Cerro Matoso S.A. Dentro del análisis se incluyeron modelamientos en el simulador metalúrgico METSIM de diferentes escenarios en donde se analizó el comportamiento de diferentes variables. RESUMEN Con el fin de estudiar la generación de acidez que se da en el sistema de limpieza de gases del calcinador KN01 debido a la presencia de minerales sulfurados en la corriente de finos que es arrastrada hacia el lavador húmedo DC09 se realizaron varios análisis que serán descritos en el presente informe y se hicieron simulaciones que permitieran ver el impacto de un adecuado lavado de finos en la generación de acidez en este sistema. Para esto, el primer paso fue calibrar un caso base del sistema de limpieza de gases utilizando la herramienta METSIM y tomando información real de producción planta, seguidamente se simularon diferentes escenarios cambiando la cantidad de agua utilizada para realizar el lavado en el venturi DC09 y se analizaron los resultados, los cuales serán descritos en el presente informe. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 2 Reporte de resultados Modelamiento de procesos TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 5 1.1. AZUFRE EN EL PROCESO DE CMSA ............................................................. 5 1.2. LAVADOR DE GASES TIPO VENTURI ............................................................ 7 2. OBJETIVO ............................................................................................................... 8 3. ALCANCE ................................................................................................................ 8 4. METODOLOGÍA UTILIZADA ................................................................................... 8 4.1. EVALUACIÓN DEL PROBLEMA ...................................................................... 9 4.2. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS ..................................................... 12 4.3. CALIBRACIÓN CASO BASE METSIM ........................................................... 13 4.3.1. Generación de acidez en DC09.................................................................. 16 4.4. 5. EJECUCIÓN DE SIMULACIONES .................................................................. 17 SOLUCIONES PLANTEADAS............................................................................... 23 5.1. Aumento de agua a radiales y tangenciales en el lavador Venturi DC09 .. 23 5.2. Apertura del circuito en descarga de los ciclones ...................................... 26 5.3. Adición de lechada de cal a tanque TK11A ................................................. 28 6. OBSERVACIONES GENERALES ......................................................................... 29 7. RECOMENDACIONES .......................................................................................... 29 8. ANEXOS ................................................................................................................ 30 8.1. Anexo 1. Datos reales flujos y presión DC09. ............................................. 30 8.2. Anexo 2. Mediciones de sulfatos, PH y temperatura en DC09 ................... 37 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 3 Reporte de resultados Modelamiento de procesos LISTA DE TABLAS Tabla 1. Parametrización de las gráficas operativas del sistema VS (50% apertura). .. 12 Tabla 2. Grado de correlación en la caída de presión curvas operativas vs Hesketh... 18 Tabla 3. Resultados modelamientos variando la relación L/G. ..................................... 19 Tabla 4. Resultados modelamientos variando toneladas de finos entrando a DC09. ... 22 Tabla 5. Resultados modelamientos usando lechada de cal (Milk of Lime - MOL) ....... 23 Tabla 6. Flujos de agua en lavador Venturi DC09. ....................................................... 23 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Azufre en el proceso de CMSA. ...................................................................... 6 Figura 2. Sistema Venturi Scrubber................................................................................ 7 Figura 3. Metodología..................................................................................................... 8 Figura 4. Generación de sulfatos en lavador DC09. ..................................................... 10 Figura 5. Curva operativa de diseño al 50% de apertura de la garganta del Venturi.... 13 Figura 6. Sistema de limpieza de gases línea 1 en METSIM. ...................................... 14 Figura 7. Distribución de tamaños del material particulado. ......................................... 15 Figura 8. Lavador de gases DC09. ............................................................................... 17 Figura 9. Grado de correlación en la caída de presión curvas operativas vs Hesketh. 19 Figura 10. Caída de presión en el Venturi. ................................................................... 20 Figura 11. Eficiencia y grado de penetración de finos en los gases. ............................ 20 Figura 12. pH y sulfatos en TK11A. .............................................................................. 20 Figura 13. Agua de reposición y agua evaporada en el VS. ......................................... 21 Figura 14. % de sólidos en flujos tangenciales y radiales. ........................................... 21 Figura 15. Flujo de agua a lavador Venturi DC09. ....................................................... 24 Figura 16. Curvas DC09. .............................................................................................. 25 Figura 17. Apertura del circuito en descarga de los ciclones. ...................................... 27 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 4 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 1. INTRODUCCIÓN Cerro Matoso S.A. (CMSA) es una empresa minero-metalúrgica dedicada a la producción de ferroníquel con mineral de un yacimiento laterítico ubicado en Montelíbano, Córdoba. La producción de ferroníquel a partir de mineral laterítico se hace mediante un proceso pirometalúrgico DRKEF, que toma su nombre de las letras de las iniciales en inglés de los equipos principales que lo conforman DRYER, ROTARY KILN, ELECTRIC FURNACE, en español SECADOR, CALCINADOR ROTATORIO, HORNO ELÉCTRICO. Este proceso recibe como entradas: mineral, carbón, electricidad, gas natural y aire ambiente que luego de ser procesados entregan como salidas: metal crudo sobrecalentado, escoria y gases al ambiente. El carbón adicionado en los calcinadores rotatorios es usado como agente reductor para obtener níquel y hierro metálico en el proceso pirometalúrgico. La adición de carbón y la presencia de azufre en el mineral alimentado a planta lleva a la obtención de un metal con mayor contenido de impurezas, que posteriormente serán difíciles de remover en la fase de refinación – granulación y conlleva también a una mayor producción de SO2 y SO3 en las emisiones atmosféricas, así como a una mayor generación de sulfatos a las piscinas de lodos y posibilidad a los vertimientos de aguas. Estos problemas afectan al ambiente y a las personas, además valores altos de gases contaminantes a la salida de los secadores, calcinadores y hornos eléctricos afecta considerablemente la estructura de las chimeneas por problemas generados por corrosión, que se ve afectado en mayor proporción en la chimenea del calcinador de la línea 1 pues además de los gases generados, el proceso de lavado en húmedo hace que se dé una alta generación de sulfatos, lo que conlleva a un ambiente bastante ácido que hace que el proceso de corrosión se acelere. El presente proyecto busca analizar la generación de acidez en el sistema de limpieza de gases del calcinador de línea 1, buscando encontrar soluciones que permitan mitigar esta generación de acidez y permitan, por ende, una mayor vida útil de las estructuras que conforman el sistema. 1.1. AZUFRE EN EL PROCESO DE CMSA Como se observa en la Figura 1 el azufre es alimentado a la planta en el carbón, donde se encuentra distribuido en forma de azufre orgánico, inorgánico o pirítico, y sulfatos (ver Anexo 2); y en el mineral en forma de pirita y de pirrotita. Este azufre luego de pasar por los procesos de secado, calcinación y fundición es entregado como salida en el metal fundido en forma de azufre metálico, en los gases de los calcinadores y hornos eléctricos en forma de SO2 y SO3 y en los finos que salen del sistema en forma de pirita y pirrotita ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 5 Reporte de resultados Modelamiento de procesos que dependiendo del contacto que tengan con agua y oxígeno se puede convertir una parte en sulfatos. Figura 1. Azufre en el proceso de CMSA. En el carbón, el 64.2% de azufre se encuentra en forma de azufre orgánico y es el que se va principalmente a los gases de las chimeneas de los calcinadores debido a las temperaturas que se alcanzan y a la presencia de oxígeno dentro de estos que al reaccionar con el azufre orgánico genera SO2 y SO3. El 35.8% restante de azufre en el carbón se encuentra en forma de azufre inorgánico o pirítico (31.8%) y de sulfatos (4%). Este azufre, junto con la pirita y la pirrotita contenida en el mineral es el que se transforma en azufre metálico en los hornos eléctricos debido a las altas temperaturas que se alcanzan en estos, y es este mismo azufre el que se encuentra en los finos que salen del sistema y que pueden llevar a la posterior formación de sulfatos. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 6 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 1.2. LAVADOR DE GASES TIPO VENTURI El sistema de limpieza de gases del calcinador L1 se realiza en 3 etapas: En una primera etapa, finos en medio seco son captados por los ciclones CY-201, que separan un porcentaje de los finos y los envían nuevamente al KN01. La segunda etapa se compone de un equipo principal Venturi Scrubber que recibe los gases provenientes del calcinador KN01 luego de pasar por los ciclones, y mediante la inyección controlada de agua (irrigación), proporciona un ambiente húmedo a los gases y polvos en suspensión que por geometría del Venturi incrementan su velocidad creando una alta turbulencia en los gases que rompen el agua en pequeñas gotas que atrapan el polvo, consiguiendo llevar la mayor parte de material particulado a una suspensión de bajo contenido de sólidos que luego es descargada en el tanque TK11, allí, una bomba se encarga de enviar un flujo de esta agua tangencialmente al Venturi retornándola al proceso y otro flujo al espesador TK01. En una tercera etapa, se siguen lavando gases por medio de un rompenieblas, aquí el agua con finos cae por gravedad al tanque TK11A de donde por medio de una bomba retorna un flujo de agua radial al Venturi para seguir lavando gases en el DC09 y en algunas ocasiones por rebose parte del mismo flujo sale al embalse 2. En el espesador TK-01 se adiciona un floculante que permite la precipitación rápida de los lodos para envío a las extrusoras y permite obtener un sobrenadante clarificado que es retornado al proceso (a los tanques TK11 y TK11A) para continuar lavando gases. Si el consumo de lodos en las extrusoras es menor al generado, el torque del rastrillo del TK-01 se incrementa y por protección se alivia el sistema enviando lodos a las piscinas de sedimentación. La Figura 2 muestra una representación simplificada del sistema VS. Figura 2. Sistema Venturi Scrubber. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 7 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 2. OBJETIVO Proponer alternativas que mitiguen la generación de acidez en el sistema de limpieza de gases del calcinador KN01 y así poder alargar la vida útil tanto de la chimenea SX02 como de los demás equipos que conforman este sistema de limpieza. 3. ALCANCE El alcance de las tareas a desarrollar incluye: 4. Construir en METSIM un caso base del sistema de limpieza de gases del KN01. Realizar corridas en METSIM de diferentes escenarios para evaluar el impacto de la modificación de la relación líquido/gas en el lavador Venturi en la eficiencia de limpieza de finos de este y en la generación de acidez en el sistema. Proponer alternativas para mitigar la generación de acidez. Entrega de informe final. METODOLOGÍA UTILIZADA Con el fin de cumplir con el alcance propuesto se llevó a cabo la metodología mostrada en la Figura 3. Figura 3. Metodología. Evaluación del problema Recopilación y análisis de datos Calibración case base modelo METSIM Generación de informe – Divulgación resultados Alternativas para mitigar la acidez Ejecución de simulaciones A continuación, se explica con mayor detalle cada una de estas etapas. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 8 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 4.1. EVALUACIÓN DEL PROBLEMA 4.1.1. Generación de acidez Uno de los principales impactos generados en la minería de metales y carbón son los drenajes ácidos de mina (DAM) que se generan a partir de la oxidación de sulfuros metálicos. El depósito de níquel de Cerro Matoso está compuesto por diferentes especies mineralógicas, entre estas se encuentran la pirita FeS 2 y la pirrotita FeS, minerales sulfurados que pueden contribuir a la formación de drenajes ácidos de mina. Además de esto, al proceso de calcinación es adicionada una cierta cantidad de carbón que posee un 64.2% de azufre orgánico y un 31.8% de azufre en forma de pirita, lo que hace que tanto el mineral como el carbón contribuyan en la generación de sulfatos. El restante 4% de azufre en el carbón se encuentra en forma de sulfatos que son generalmente resultado de la oxidación de parte de la pirita presente en el carbón y es un indicador de la meteorización del carbón antes o después de la extracción. En general, los minerales sulfurados que pueden ser potenciales generadores de acidez se caracterizan por tener una relación metal/azufre inferior a 1, como por ejemplo la pirita (FeS2) cuya relación es ½, sin embargo, cuando el drenaje se encuentra en una fase de acidificación avanzada (pH menor a 4.5), los demás sulfuros metálicos, como la pirrotita (FeS) son susceptibles de ser oxidados por la acción del hierro férrico. La formación de sulfatos se da inicialmente cuando los minerales sulfurados se exponen a los efectos del oxígeno y del agua, haciendo que los sulfuros se oxiden químicamente como se muestra en la reacción 1. FeS2 + 7/2O2 + H2O Fe+2 + 2SO4-2 + 2H+ Reacción 1 Posteriormente, el hierro en estado ferroso es oxidado a hierro férrico en presencia de oxígeno atmosférico. En la reacción 2 se observa la reacción de oxidación del hierro. Fe+2 + 1/4O2 + H+ Fe+3 + 1/2H2O Reacción 2 Dependiendo del pH, el Fe+2 puede sufrir dos procesos, si el pH se encuentra por encima de 4.5, el proceso que sucede se describe en la reacción 3, en donde el hierro ferroso se oxida e hidroliza para formar hidróxidos que son precipitados de color rojo – naranja, muy característicos de los DAM. Fe+2 + 1/4O2 + 21/2H2O Fe(OH)3 + 2H+ Reacción 3 Si el pH del agua se encuentra a valores de 4.5 o menores, el proceso que sucederá mayoritariamente será la oxidación de hierro ferroso a hierro férrico y este último actuará como el agente oxidante principal de la pirita reemplazando al oxígeno atmosférico y generándose mayor acidez, tal y como se muestra en la reacción 4. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 9 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 14Fe+3+ FeS2 + 8H2O 2SO4-2 + 15Fe+2 + 16H+ Reacción 4 El proceso descrito anteriormente hace que se generen sulfatos y acidez, lo que lleva a problemas ambientales y a problemas de corrosión de las diferentes estructuras. Cuando se trabaja con finos es más probable que se lleven a cabo las reacciones mostradas previamente ya que se aumenta la superficie de contacto entre el mineral y el agua. La cantidad y el tamaño de los granos del mineral influyen en la velocidad de reacción, aumentando la velocidad de reacción a medida que disminuye el tamaño (aumenta la superficie específica). Las texturas finas con variedades mal cristalizadas se oxidan más rápidamente que los granos cristalinos gruesos. Otro factor importante es la temperatura, a mayores temperaturas, se incrementa la velocidad de oxidación de los sulfuros. En ambientes fríos la velocidad de reacción disminuye. La acidez del medio también influye en la velocidad de oxidación de sulfuros, primero porque las bacterias que participan en el proceso de oxidación del hierro requieren de un medio ácido para que su actividad sea óptima y segundo porque con pH cercanos al neutro, el hidróxido férrico precipita y tiende a depositarse sobre la superficie de los sulfuros, recubriéndolos y rompiendo el mecanismo de oxidación. Con base en esto, se puede concluir que en CMSA el punto donde la generación de sulfatos es más crítica es en el lavador de gases de línea 1, esto se debe a que se trabaja con un material muy fino, a altas temperaturas y con una cantidad de oxígeno suficiente para la poca cantidad de agua que se maneja, creando el medio perfecto para la generación de sulfatos. Figura 4. Generación de sulfatos en lavador DC09. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 10 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Posibles soluciones Se requiere de grandes cantidades de oxígeno en relación con el volumen de agua necesario para que se den las reacciones por lo que una posible solución sería sumergir completamente los sulfuros en agua para detener la reacción, debido a la baja difusión del oxígeno en el agua. Mezcla de materia orgánica: Permite la reducción de sulfatos a sulfuros y la consecuente precipitación de metales pesados. La presencia de caliza que impide el descenso del pH y evita la formación de aguas ácidas al anular la actividad catalizadora de las bacterias. Mezclar o añadir material alcalino con el objetivo de controlar el pH en el rango cercano al neutro, limitando así la oxidación química de los sulfuros y la actividad bacteriana. Por lo general, la producción ácida de un material se mide en función a la presencia de azufre en el mineral o muestra, que, en el caso de la pirita, de manera resumida tiene la reacción mostrada en la reacción 5. 2FeS2 + 15/2O2 + 7H2O 2Fe(OH)3 + 4H2SO4 Reacción 5 En la reacción anterior se asume la equivalencia de que se producen 2 moles de ácido (2H+) por cada mol de azufre (S), y estos 2H+ pueden ser neutralizados por compuestos básicos según la reacción mostrada en la reacción 6. CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + CO2 + H2O Reacción 6 Por lo tanto, una mol de azufre puede ser neutralizada por una mol de CaCO3. 4.1.2. Eficiencia lavador Venturi La eficiencia de remoción de partículas de un lavador tipo Venturi es afectada principalmente por: Caída de presión del gas. Entre mayor sea la caída de presión, mayor es la eficiencia. Distribución de partícula de entrada. Partículas más grandes son más fáciles de remover. Carga de finos a la entrada del lavador. A medida que incrementa la cantidad de finos llegando al lavador disminuye la eficiencia de este, haciendo que se tengan más finos hacia los rompenieblas. Relación líquido/gas. Un flujo de agua insuficiente compromete la eficiencia de remoción de material particulado. La concentración de sólidos en el agua de recirculación. Entre mayor sea la concentración de sólidos del agua usada para el lavado en el VS menor es la ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 11 Reporte de resultados Modelamiento de procesos eficiencia de lavado, además de esto, disminuye la capacidad de las bombas y aumenta el mantenimiento por desgaste u obstrucciones. Concentraciones más altas de sólidos aumentan también la concentración de sólidos en cualquier gota de lodo que escape del rompenieblas, incrementando la probabilidad de generación de sulfatos y acidez en esta zona. Si la eficiencia del lavador Venturi no es la adecuada se verá afectada también la eficiencia de los rompenieblas, pues las partículas que no sean atrapadas en el VS serán arrastradas en gotas hacia los rompenieblas. Es importante tener en cuenta que los rompenieblas están diseñados para remover las partículas húmedas presentes en los gases más no para remover polvo, por eso es necesario garantizar que la remoción de polvos se realice en el VS y así lograr una eficiencia óptima de todo el sistema de lavado. 4.2. RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS Como primera etapa, se recopilaron los datos correspondientes a flujos de agua radiales, tangenciales y hacia el espesador de lo que va del FY22 (1/07/21 hasta 16/03/22). Esto con el fin de determinar el promedio de agua que estaba siendo usada para el lavado y así encontrar la relación L/G con la que está trabajando actualmente el sistema. De igual forma, se revisaron los datos de presión en la garganta del Venturi. Los datos recopilados se encuentran en el Anexo 1. Con estos datos se encontró que el flujo promedio de agua usada para lavado en el Venturi (tangenciales + radiales) durante el FY22 ha sido de 1122.6 gpm. Este valor junto con el flujo de gas aproximado de 250.000 CFM (según mediciones realizadas en campo), se utilizó en la curva de diseño operativo del lavador DC09 mostrada en la Figura 5 para determinar la relación L/G en unidades de galones por cada 1000 pies cúbicos estándares de gas y la caída de presión en pulgadas de agua teóricas. Con base en lo anterior, se aproximaron los coeficientes de las rectas para cada intervalo de flujo como se muestra en la Tabla 1. Tabla 1. Parametrización de las gráficas operativas del sistema VS (50% apertura). Flujo de gas Ecuación 220000 ACFM pd= 1.5017 (L/G) -2.5331 250000 ACFM pd= 1.667 (L/G) +1.667 280000 ACFM pd= 2.083 (L/G) +1.5278 310000 ACFM pd= 2.1154 (L/G) +8.0128 340000 ACFM pd= 2.8846 (L/G)+5.8974 *ACFM: Actual cubic feet per minute. *pd=pressure drop (caída de presión) r2 0.99 1.00 0.98 0.99 0.99 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 12 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Figura 5. Curva operativa de diseño al 50% de apertura de la garganta del Venturi. Esto se comprobó también usando las ecuaciones de Hesketh. Para los valores de sulfatos y pH en el sistema DC09 se utilizaron los datos de muestras tomadas por CMSA en el TK11A en 2021, estos se muestran en el Anexo 2. 4.3. CALIBRACIÓN CASO BASE METSIM Previamente, WALL había desarrollado un módulo en METSIM para el sistema de limpieza de gases del calcinador de la línea 1 de producción. Para el presente proyecto este módulo fue actualizado estableciendo e incluyendo las ecuaciones requeridas (con base en curvas operativas y ecuaciones de Hesketh) para la estimación de la eficiencia. En la Figura 6 se observa la pantalla de METSIM correspondiente al sistema de lavado de gases Venturi. Los datos de entrada que se tuvieron en cuenta para la calibración del caso base fueron: Flujo de gas: 250000 ft3/min Sólidos en los gases a DC09: 9 dtph Relación L/G (gal/1000 std ft3): 6 Flujo de agua al venturi: 1122.6 gpm pH TK11A: 4.0 [SO4-2] TK11A: 4300 mg/L % sólidos tangenciales: 8.5% % sólidos radiales: 3.4% ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 13 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Figura 6. Sistema de limpieza de gases línea 1 en METSIM. La principal modificación realizada al modelo referente al sistema VS en METSIM fue la inclusión de la parametrización de ecuaciones correspondientes a las gráficas operativas y las ecuaciones de Hesketh al 50% de apertura de la garganta del venturi. Las ecuaciones de Hesketh fueron ingresadas al modelo para estimar la caída de presión y para calcular el grado de penetración de material particulado en los gases (polvos no recuperados) y la eficiencia, Ecuaciones 1, 2 y 3 respectivamente. ∆𝑃 = 𝑉𝑡 2 𝜌𝑔𝐴0.133 𝐿0.78 1270 [Ec. 1] Donde: ∆𝑃 = Caída de presión en el Venturi (“H2O) 𝐿 𝑔𝑎𝑙 𝐿 = Relación 𝐺 (1000𝑎𝑐𝑓 ) 𝑙𝑏 𝜌𝑔 = Densidad del gas (𝑓𝑡 3 ) ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 14 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 𝑓𝑡 𝑉𝑡 = Velocidad del gas en la garganta ( 𝑠 ) 𝐴 = Área transversal de la garganta (𝑓𝑡 2 ) 𝐶0 𝐶𝑖 = 3.47∆𝑃−1.43 [Ec. 2] Donde: 𝐶0 𝐶𝑖 = Grado de pentración (Cantidad de finos que se van en los gases) 𝐸 =1− 𝐶0 𝐶𝑖 [Ec. 3] Donde: 𝐸 = Eficiencia. Es importante señalar que las ecuaciones de Hesketh fueron utilizadas considerando que las partículas no están eléctricamente cargadas y que su tamaño es menor a 5 micras, como se puede apreciar en la Figura 7. Figura 7. Distribución de tamaños del material particulado. Los intervalos de tamaño de la Figura 7 son: i=1 0-2 micras i=2 2-5 micras i=3 5-10 micras ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 15 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Las relaciones anteriormente mencionadas fueron incorporadas al simulador mediante la creación de objetos de usuario y las mismas fueron vinculadas al modelo DVC Venturi Scrubber para la definición del porcentaje de finos que va a los gases. 4.3.1. Generación de acidez en DC09 Como se analizó en la sección 4.1. (evaluación del problema) el mecanismo que se asume como responsable de la generación de acidez en el sistema de lavado DC09 es el contenido de sulfuros en los finos, los cuales pasan a solubilizarse en el ambiente del circuito. Así mismo el modelo considera un mecanismo simultaneo de atenuación por cuenta de los componentes de tipo alcalino contenidos en el sólido. Es pertinente indicar la ausencia de información con respecto al potencial de generación de acidez de este material y la necesidad de ser estimado en laboratorio, debido a que otros mecanismos pueden estar ocurriendo como lo es, por ejemplo, la posible generación de ácido sulfúrico (H2SO4) a partir del contacto del agua inyectada en el rompenieblas con el SO2 remanente contenido en los gases. En la Figura 8 se observa el sistema de lavado de gases de línea 1, y en este se marcaron dos secciones con el fin de mostrar lo que está ocurriendo allí. Como se mencionó antes, de acuerdo con lo que nos dice la teoría, el lavador de gases es el punto donde más sulfatos se generan en CMSA y esto es porque se da el ambiente perfecto para que se den las reacciones de oxidación de sulfuros metálicos. La sección 1 señalada en la Figura 8 representa lo que está ocurriendo en el Venturi. En este lavador no se está realizando un correcto lavado de gases por la poca cantidad de agua que está llegando, que es de aproximadamente 1122 gpm cuando por diseño la cantidad de agua que se requiere para realizar un correcto lavado es de 2554 gpm. Estas condiciones hacen que no se tenga el agua suficiente para sumergir el oxígeno y evitar que este oxide los sulfatos, pues grandes cantidades de agua hacen que se minimice o detengan las reacciones de oxidación de los sulfuros metálicos debido a la baja difusión del oxígeno en el agua. Sin embargo, como en este caso el agua que se está usando es poca y se tiene una gran cantidad de finos llegando y una gran cantidad de oxígeno presente en los gases se puede asegurar que en este sistema se lleva a cabo la reacción 1 mostrada en la sección 4.1. y se da la oxidación de la pirita. Esto se pudo comprobar con las muestras tomadas por CMSA, en donde se obtuvieron valores de sulfatos muy altos, incluso a valores altos de pH. En la sección 2 de la Figura 8 se representa lo que ocurre en los rompenieblas, allí, al no realizar un correcto lavado en el Venturi, siguen llegando una gran cantidad de gases con finos que deben ser lavados, lo que hace que se sigan teniendo las condiciones ideales para la generación de sulfatos y si además de esto el sistema se presta para que ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 16 Reporte de resultados Modelamiento de procesos se tengan bajos valores de pH, como el mostrado en la Figura 8, se dará lugar a las reacciones de oxidación por el ion férrico que hace que se generen todavía más sulfatos y con mayor acidez, como se vio en la sección 4.1. en la reacción 4. Este lavado deficiente genera paradas de la línea por altas vibraciones en el ventilador de tiro, por llegada de finos que se adhieren a este y tener que adicionar agua para lavarlo; también paradas de mantenimiento por problemas de corrosión en toda la estructura, haciendo que disminuya el overall utilization del calcinador. Figura 8. Lavador de gases DC09. 4.4. EJECUCIÓN DE SIMULACIONES Premisas: Con base en la evidencia se asumió que el material objeto de análisis y su interacción con el sistema, responde coherentemente con el balance generación / consumo de acidez. Se asumió que el principal aportante de acidez es la pirita (FeS2), sin embargo, se tuvo en cuenta la generación de acidez ocasionada por la degradación de la pirrotita (FeS) y del azufre (S) de acuerdo con las siguientes reacciones simplificadas, en las cuales se aseguró la presencia de suficiente agente oxidante para alcanzar los valores de pH y SO4 de calibración del modelo. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 17 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 4Fe𝑆2 + 15 𝑂2 + 14𝐻2 O = 4Fe(OH)3 + 8𝐻2 S𝑂4 4FeS + 9𝑂2 + 10𝐻2 O = 4Fe(OH)3 + 4𝐻2 S𝑂4 2S + 3𝑂2 + 2𝐻2 O = 2𝐻2 S𝑂4 En el modelo se representó el consumo de acidez por cuenta de algunos componentes presentes en el sólido [CaCO3-Al2Si2O7], de acuerdo con las reacciones: CaCO3 + 𝐻2 S𝑂4 = CaS𝑂4 + 𝐻2 O + C𝑂2 Resultados: Al realizar la ejecución del modelo para diferentes relaciones L/G se obtuvo una buena correlación entre los datos generado a partir de las gráficas operativas con respecto a los estimados por las ecuaciones de Hesketh en términos de la caída de presión, como se observa en la Tabla 2 y en la Figura 9. Tabla 2. Grado de correlación en la caída de presión curvas operativas vs Hesketh. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 18 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Figura 9. Grado de correlación en la caída de presión curvas operativas vs Hesketh. Corroborando lo anterior, el modelo en cualquier caso estima el grado de penetración de acuerdo con la Ecuación 2. Variando la relación L/G: Para este caso se hicieron corridas desde la relación L/G de 4 y hasta 16, variando de a 2 puntos. Los resultados se presentan en la Tabla 3, y, en las Figuras 10 a 14 se muestra la representación gráfica de las variaciones de interés. Tabla 3. Resultados modelamientos variando la relación L/G. L/G ratio Pressure Drop Eficiency Penetration PM Venturi - Scrubber Liquor temperature Total system pressure Gas Flow to Venturi - Scrubber Total water to scrubber Make up Water Vaporised Water into Scrubber Waterflow to mist-breaker Tangential Flow % Solids Tangential flow Radial Flow % Solids Radial flow Recycled waterflow from Thickener Solids to Mistbreaker Waterflow stream 638 pH TK11-A gal/1000 std ft3 "wc % % ºC kPa a-ft3/min gal/min gal/min gal/min gal/min gal/min % gal/min % gal/min kg/h gal/min units 4 8.3 83.3 16.7 69.4 62.1 250000 692.0 120.7 103.7 24.0 272.0 13.1 299.8 7.6 282.7 3991.8 299.8 3.4 6 11.7 89.7 10.3 69.2 62.1 250000 1038.0 122.0 91.9 13.8 437.5 8.5 479.2 3.4 477.0 2291.9 479.2 3.9 8 15.0 92.8 7.2 68.9 62.1 250000 1384.0 117.7 80.2 9.3 602.9 6.3 664.3 2.0 671.1 1546.4 664.3 4.5 10 18.3 94.6 5.4 68.7 62.1 250000 1730.0 111.5 68.8 6.8 768.2 5.1 851.4 1.4 865.2 1138.6 851.4 5.9 12 21.7 95.7 4.3 68.4 62.1 250000 2076.0 104.5 57.5 5.3 933.5 4.2 1039.4 1.0 1059.1 886.0 1039.4 7.0 14 25.0 96.5 3.5 68.1 62.1 250000 2422.0 97.1 46.4 4.3 1098.6 3.6 1227.9 0.8 1253.0 716.2 1227.9 7.0 16 28.3 97.1 2.9 67.8 62.1 250000 2768.0 89.6 35.4 3.6 1263.7 3.1 1416.6 0.7 1446.8 595.3 1416.6 7.0 SO42- TK11-A g/l H2SO4 TK11-A stream t/h H2SO4 stream TK11-A stream g/l H2SO4 waterflow from mistbreaker stream 652 mg/L g/l t/h g/l 4510 0.01872 0.00127 0.00000 4336 0.00595 0.00065 0.00000 4089 0.00172 0.00026 0.00000 3854 0.00007 0.00001 0.00000 3640 0.00000 0.00000 0.00000 3448 0.00000 0.00000 0.00000 3275 0.00000 0.00000 0.00000 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 19 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Figura 10. Caída de presión en el Venturi. Figura 11. Eficiencia y grado de penetración de finos en los gases. Figura 12. pH y sulfatos en TK11A. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 20 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Figura 13. Agua de reposición y agua evaporada en el VS. Figura 14. % de sólidos en flujos tangenciales y radiales. De acuerdo con los resultados presentados anteriormente, es claro que el aumento en la relación L/G favorece la operación del sistema, puesto que, al aumentar por ejemplo la relación desde 6 (caso base) hasta 14 (propuesto), la caída de presión aumenta desde 11 in-H2O hasta 25 in-H2O conllevando a un aumento en la eficiencia de evacuación de material fino hacia la solución en aproximadamente 7%. También es posible notar que, al aumentar la proporción señalada en la relación L/G, el sistema tiende a atenuar la acidez en términos de pH y contenido de sulfatos, así como en el contenido de sólidos en el circuito. Es importante que el cambio incremental en la relación L/G sea sopesado con los costos operativos asociados al manejo de una mayor cantidad de líquido. Variando el porcentaje de finos a DC09: Con el objetivo de evaluar el impacto de la disminución de material fino que ingresa al sistema DC09 se ejecutaron dos simulaciones en donde se disminuyó el contenido de sólidos en un 50 y 75% respectivamente, los resultados se presentan en la Tabla 4, donde se puede ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 21 Reporte de resultados Modelamiento de procesos observar que si el sistema es descargado en la sección anterior (descarga en los ciclones y no reciclarlos al KN) en términos de sólidos, se propicia una mejora notable con relación a las variables de interés, como lo es la acidez y el contenido de sólidos en el circuito. Tabla 4. Resultados modelamientos variando toneladas de finos entrando a DC09. VENTURI SCRUBBER SYSTEM L/G ratio Pressure Drop Eficiency Penetration PM Venturi - Scrubber Liquor temperature Total system pressure Gas Flow to Venturi - Scrubber Total water to scrubber Make up Water Vaporised Water into Scrubber Waterflow to mist-breaker Tangential Flow % Solids Tangential flow Radial Flow % Solids Radial flow Recycled waterflow from Thickener Solids to Mistbreaker Waterflow stream 638 pH TK11-A gal/1000 std ft3 "wc % % ºC kPa a-ft3/min gal/min gal/min gal/min gal/min gal/min % gal/min % gal/min kg/h gal/min units 100% PM 6 14 11.7 25.0 89.7 96.5 10.3 3.5 69.2 68.1 62.1 62.1 250000 250000 1038.0 2422.0 122.0 97.1 91.9 46.4 13.8 4.3 437.5 1098.6 8.5 3.6 479.2 1227.9 3.4 0.8 477.0 1253.0 2291.9 716.2 479.2 1227.9 3.9 7.0 50% less PM 6 14 11.7 25.0 89.7 96.5 10.3 3.5 69.1 68.0 62.1 62.1 250000 250000 1038.0 2422.0 109.2 79.6 90.1 44.7 6.9 2.1 438.3 1099.4 4.5 1.8 491.2 1244.6 1.7 0.4 496.2 1272.3 1146.1 358.1 491.2 1244.6 4.3 7.0 75% less PM 6 14 11.7 25.0 89.7 96.5 10.3 3.5 69.1 68.0 62.1 62.1 250000 250000 1038.0 2422.0 102.8 70.8 89.3 43.9 3.4 1.1 438.8 1099.9 2.3 0.9 497.2 1253.0 0.9 0.2 505.9 1281.9 573.1 179.1 497.2 1253.0 4.6 7.0 SO42- TK11-A g/l H2SO4 TK11-A stream t/h H2SO4 stream TK11-A stream g/l H2SO4 waterflow from mistbreaker stream 652 mg/L g/l t/h g/l 4336 0.00595 0.00065 0.00000 3717 0.00290 0.00032 0.00000 2869 0.00143 0.00016 0.00000 3448 0.00000 0.00000 0.00000 2555 0.00000 0.00000 0.00000 1684 0.00000 0.00000 0.00000 Adicionando lechada de cal a TK11A: Finalmente, y con el propósito de suministrar alternativas, se evaluó la eventual adición de una solución alcalina de Ca(OH)2 al 5% en peso para lograr neutralizar el pH en aquellas relaciones L/G donde se produce acidez en la sección del TK11A. Para este caso se estimó que por ejemplo para neutralizar el pH en la L/G de 6 es necesario inyectar un flujo de 5.9 l/h de este agente neutralizante, equivalentes a 0.3 kg de Ca(OH)2 (se debe tener en cuenta la pureza de la cal). Los resultados de los modelamientos se muestran en la Tabla 5. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 22 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Tabla 5. Resultados modelamientos usando lechada de cal (Milk of Lime - MOL) VENTURI SCRUBBER SYSTEM L/G ratio Pressure Drop Eficiency Penetration PM Venturi - Scrubber Liquor temperature Total system pressure Gas Flow to Venturi - Scrubber Total water to scrubber Make up Water Vaporised Water into Scrubber Waterflow to mist-breaker Tangential Flow % Solids Tangential flow Radial Flow % Solids Radial flow Recycled waterflow from Thickener Solids to Mistbreaker Waterflow stream 638 pH TK11-A gal/1000 std ft3 "wc % % ºC kPa a-ft3/min gal/min gal/min gal/min gal/min gal/min % gal/min % gal/min kg/h gal/min units Effect of add MOL 4 8.3 83.3 16.7 69.4 62.1 250000 692.0 121.1 103.7 24.0 272.0 13.1 299.5 7.6 282.3 3994.9 299.5 7.0 SO42- TK11-A g/l H2SO4 TK11-A stream t/h H2SO4 stream TK11-A stream g/l H2SO4 waterflow from mistbreaker stream 652 mg/L 854 g/l 0.00634 t/h 0.00043 g/l 0.00000 MOL to add L/h 11.71 MOL: Alkaline solution of milk of lime - 5% Ca(OH)2 Assuming 40% of sulfates precipitation in thickener by effect of neutralisation. 6 11.7 89.7 10.3 69.2 62.1 250000 1038.0 122.4 91.9 13.8 437.5 8.6 478.9 3.5 476.5 2293.7 478.9 7.0 554 0.00204 0.00022 0.00000 5.90 5. SOLUCIONES PLANTEADAS 5.1. Aumento de agua a radiales y tangenciales en el lavador Venturi DC09 La primera alternativa que se propone es incrementar el agua que se usa para el lavado de los gases en el Venturi. En la Tabla 6 se muestra la comparación entre la cantidad de agua que se usa para el lavado hoy en día (FY22), la propuesta y la que se estableció según el diseño del lavador. Tabla 6. Flujos de agua en lavador Venturi DC09. Entradas de agua Tangenciales Radiales Total Actual 210 gpm 828 gpm 1038 gpm Propuesta 1200 gpm 1000 gpm 2200 gpm Diseño 1278 gpm 1276 gpm 2554 gpm ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 23 Reporte de resultados Modelamiento de procesos En la Figura 15 se muestra de manera gráfica cómo sería el ingreso de agua propuesto y la cantidad de agua o lodos que se propone sea enviada al espesador TK01, que es de 1000 gpm. Figura 15. Flujo de agua a lavador Venturi DC09. Inicialmente se propone realizar una prueba corta (de 2 semanas) bombeando con la bomba PP03 1200 gal/min a las tangenciales y con la bomba PP04 1000 gal/min al espesador TK01, para lo cual lo que se requeriría es la instalación de tuberías y de válvulas, así como la realización de una limpieza previa de todas las tuberías del sistema para asegurar que no están tapadas debido a los lodos que transportan. De acuerdo con el plano M-0031-0103 estas bombas tienen la capacidad de transportar 2045 gpm cada una, por lo que se propone que se tenga una bomba dedicada al envío de agua a las tangenciales y una dedicada al envío de agua al espesador TK01. Se recomienda también para estas pruebas mantener una presión en la garganta del Venturi de 25” H2O. Con estas pruebas se pueden lograr dos cosas en cuanto a generación de sulfatos en el lavador Venturi: Que se adicione la cantidad de agua suficiente para sumergir completamente los sulfuros en agua y evitar el contacto de estos con el oxígeno del gas, evitando que se dé la reacción 7, debido a la baja difusión del oxígeno en el agua y por ende disminuyendo o deteniendo la generación de sulfatos en esta zona. FeS2 + 7/2O2 + H2O Fe+2 + 2SO4-2 + 2H+ Reacción 7 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 24 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Que se dé la reacción 8, en donde el hierro ferroso se oxida e hidroliza para formar hidróxidos que se encargan de recubrir los sulfuros metálicos y detienen las reacciones de oxidación de estos. Fe+2 + 1/4O2 + 21/2H2O Fe(OH)3 + 2H+ Reacción 8 Además de los impactos que se tendrían en la generación de sulfatos, al aumentar la cantidad de agua a las tangenciales y a las radiales estaríamos incrementando la eficiencia del lavador Venturi DC09 y logrando así una correcta operación del mismo, pues al aumentar la cantidad de líquido que llega por radiales y tangenciales estaríamos pasando de una relación líquido/gas de 6 a una relación de 14, logrando mejorar la caída de presión en la garganta y por ende aumentando la eficiencia del lavador, logrando separar más finos. Esto se demostró con los modelamientos en METSIM y es lo que nos dicen también las curvas mostradas en la Figura 16 que nos indican que, si se mantiene el mismo volumen de gases, pero se incrementa el flujo de líquido llegando al Venturi, se incrementa también la caída de presión en el Venturi, disminuyendo el polvo en los gases limpios, es decir, más eficiencia. Figura 16. Curvas DC09. En conclusión, al lograr una correcta operación en el lavador Venturi DC09 se logra: Mayor separación de finos en el lavador Venturi, lo que hace que se tenga menos sólidos llegando a los rompenieblas, es decir, menos sulfuros metálicos, y tener menos sulfuros metálicos se traduce en una menor generación de sulfatos y de acidez en esta zona. Además, si se logra una alta eficiencia y se evita la llegada de finos a los rompenieblas es posible disminuir o eliminar el agua que se adiciona en esta zona y que puede ser generadora de acidez también al entrar en contacto con el SO2 y SO3 presente en los gases. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 25 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Menor generación de sulfatos en el lavador Venturi. Al adicionar más agua por entradas radiales y tangenciales se evita que se den las reacciones de oxidación de sulfuros metálicos, lo que hace que se detenga la generación de sulfatos y de acidez. Menos agua requerida en los rompenieblas. Al lograr un mejor lavado en el Venturi, menos finos llegan al rompenieblas y por ende es posible disminuir o eliminar el agua que se adiciona en esta zona y que puede ser generadora de acidez también al entrar en contacto con el SO2 y SO3 presente en los gases. Al realizar un correcto lavado de gases también se logra tener menor densidad de sólidos en las corrientes acuosas una vez se alcance el equilibrio. Según reporte de HATCH H362136-00000-240-230-0002 (DC09) los sólidos que estaban llegando al Venturi por las entradas radiales y tangenciales a diciembre de 2019 eran de 32.2 dtph, mientras que los sólidos provenientes del calcinador son 8dtph. Un alto porcentaje de sólidos en estas corrientes hace que las bombas no puedan mover estas corrientes y, por ende, no puedan dar la capacidad requerida, haciendo que el lavado se deteriore cada día más. Una vez se logre el equilibrio se logrará también mayor operatividad de las bombas. Estas bombas PP03/04 por diseño mueven un caudal de 2045 gpm con %solidos de 5%, actualmente mueven 1100 gpm con %solidos del 8%, esto justifica la pérdida de capacidad al tener que mover lodo más denso y contribuyendo al encostramiento interno de las tuberías que restringen aún más el caudal. Al realizar un correcto lavado de gases menos finos llegan a los rompenieblas y menos finos llegan al ventilador FA23 también, haciendo que se tengan menos paradas por vibraciones de este, se mejore el overall utilization y se disminuya la generación de acidez en esta zona y en la chimenea. Al mejorar el lavado de gases se logra disminuir los problemas de corrosión en todo el sistema, debido a que se genera menor acidez y con esto se logra tener una mayor vida útil de los equipos y de la chimenea. 5.2. Apertura del circuito en descarga de los ciclones Esta alternativa se plantea básicamente para atacar el problema de dos formas diferentes. Una sería mediante la disminución de la rata de polvos que llega al lavador Venturi DC09 y otra mediante la detención de la generación de sulfatos al sumergir parte de los finos que se generan en el KN01 en agua de forma similar a como se hace con los finos que salen del DC152 cuando se envían a piscinas. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 26 Reporte de resultados Modelamiento de procesos De acuerdo con balances de masa realizados en años anteriores, la rata de polvos en los gases que salen del KN01 es de 43 dtph, de ellos 35 dtph recirculan de los ciclones al KN01 nuevamente (eficiencia de 82% según reporte de HATCH H362136-00000-240230-0002 (DC09)) y 8 dtph van al Venturi (sin insuflación), lo correspondiente a la generación de finos dentro del calcinador por la carga de mineral nuevo. Este es el balance mostrado en color rojo en la Figura 17. Lo que se propone es que a la descarga de los ciclones se abra el circuito para que los finos calientes salgan del sistema y sean sumergidos en agua para bajar la temperatura y volverse lodos, de manera similar a como se hace con los finos que salen del precipitador electrostático a piscinas en línea 2, este lodo luego se bombea hacia el espesador TK01 para que siga su curso hacia el área de extrusión. Al abrir el circuito, inicialmente se descargan las 35 dtph que hoy se mantienen en constante recirculación, sin embargo, una vez se alcance el equilibrio, y teniendo en cuenta que en el calcinador se sigan generando las mismas 8 dtph por mineral nuevo y que la eficiencia de los ciclones se mantenga en 82%, se separarían 6 dtph para ser descargadas de los ciclones y solo 2 dtph irían al lavador Venturi DC09. Este es el balance mostrado en verde en la Figura 17. Figura 17. Apertura del circuito en descarga de los ciclones. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 27 Reporte de resultados Modelamiento de procesos Al lavador Venturi solo llegarían 2 dtph para ser limpiadas por este, quitándole significativa carga de polvos al sistema, haciendo que se pueda tener una mayor eficiencia de lavado. Además, al tener menos cantidad de finos llegando al sistema, se tiene también una menor cantidad de sulfuros metálicos ingresando y por ende si se llegaran a formar sulfatos sería en una menor cantidad, haciendo que por este lado se disminuya también la generación de acidez del sistema. 5.3. Adición de lechada de cal a tanque TK11A En los resultados de los muestreos entregados por CMSA se comprobó que la zona donde se tienen concentraciones de sulfatos más altas es en el tanque TK11A, por lo que una de las soluciones posibles sería la de adicionar cal o material alcalino en este tanque con el fin de controlar el pH en el rango cercano al neutro para limitar de esta manera la oxidación química de los sulfuros. Esta alternativa debe ser estudiada más a fondo con el fin de determinar cómo la presencia de cal afectaría al sistema. Por otro lado, esta es una alternativa que no corta el problema de raíz, sino que ayuda a mitigar un poco la cantidad de sulfatos presentes en las corrientes acuosas y a controlar la acidez del sistema, sin embargo, no es la más recomendable pues al ser un circuito cerrado puede incrementar el porcentaje de sólidos en los flujos de agua. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 28 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 6. OBSERVACIONES GENERALES Las conclusiones más importantes de este estudio son las que apuntan a las soluciones mencionadas en el capítulo anterior que permitan garantizar un correcto funcionamiento del lavador de gases DC09 para disminuir o detener la generación de sulfatos y acidez en esta zona. El modelo de METSIM desarrollado puede ser utilizado para determinar de una manera bastante confiable el impacto del cambio de relación L/G en las principales variables que permiten determinar la eficiencia y la generación de acidez del sistema. Las corridas realizadas en METSIM permitieron concluir que el aumento en el flujo de agua de lavado que llega al Venturi es la solución más adecuada para mitigar la generación de acidez en el sistema y así aumentar la vida útil de la chimenea y de los diferentes equipos que pertenecen a este sistema de lavado de gases. 7. RECOMENDACIONES Para una etapa posterior del proyecto se recomienda realizar un diseño de experimentos (DOE) con el fin de realizar unas pruebas controladas en el DC09 en el que se incremente poco a poco el flujo de agua a radiales y tangenciales, así como al espesador TK01 hasta llegar a los flujos propuestos y alcanzar el equilibrio del sistema. Se recomienda realizar mediciones periódicas de los flujos de agua de la sección del lavador Venturi, específicamente las recirculaciones de agua desde el TK11, TK11A y espesador, así como sus características fisicoquímicas para tener una idea clara de lo que ocurre en este sistema y poder tomar acción con base en datos reales. Se recomienda realizar pruebas de carácter ambiental en el material fino contenido en los gases (pruebas NAG, ABBA, Celdas Húmedas y TCLP) pues estas aportan información importante sobre los mecanismos de acidificación de soluciones y disolución de especies. Debe determinarse y analizarse en detalle la posible generación de acidez por causa del contacto entre el SO2 gaseoso y el agua que se adiciona en el rompenieblas. Se recomienda realizar pruebas de precipitación de especies (sulfatos) en el espesador, así como cuantificarse la evaporación de agua a lo largo del circuito del sistema de lavado de gases. Como conclusión general, para mitigar problemas de acidez y alta corrosión en los componentes estructurales del lavador y chimenea, hay que incrementar el flujo de agua al Venturi de tal forma que la relación L/G llegue a valores cercanos a 14. De lo contrario los problemas de corrosión acelerada persistirán. ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 29 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 8. ANEXOS 8.1. Anexo 1. Datos reales flujos y presión DC09. Fecha De TK11 Radial A TK01 Tangencial Presion garganta Caudal total a Scrubber 1-jul-21 1563 849 1063 499 31 1348 2-jul-21 1303 848 1012 290 25 1139 3-jul-21 1260 847 1017 243 25 1090 4-jul-21 1927 849 1008 919 26 1768 5-jul-21 1271 847 1077 193 25 1041 6-jul-21 1285 846 1088 197 25 1043 7-jul-21 1264 847 1094 170 24 1017 8-jul-21 1264 845 1099 164 25 1009 9-jul-21 1271 845 1109 162 24 1007 10-jul-21 1265 845 1107 158 25 1002 11-jul-21 1279 848 1083 196 25 1044 12-jul-21 1261 848 1091 170 25 1018 13-jul-21 1247 851 1100 147 26 998 14-jul-21 1207 851 1138 69 24 920 15-jul-21 1174 851 1121 53 24 904 16-jul-21 1151 851 1137 14 24 865 17-jul-21 1142 850 1146 -4 24 846 18-jul-21 1137 850 1147 -9 25 840 19-jul-21 1153 837 1147 6 24 842 20-jul-21 1166 827 1151 15 24 843 21-jul-21 1169 840 940 229 24 1069 22-jul-21 1163 841 1032 131 25 973 23-jul-21 1179 815 1078 102 25 917 24-jul-21 1183 809 1069 114 24 923 25-jul-21 1189 814 1063 126 24 939 26-jul-21 1195 814 1083 112 27 926 27-jul-21 1210 805 1072 138 25 943 28-jul-21 1190 800 1074 116 24 916 29-jul-21 1192 800 1084 109 25 909 30-jul-21 1174 799 1102 72 24 871 31-jul-21 1177 803 1106 71 25 874 1-ago-21 1170 801 1115 54 24 856 2-ago-21 1067 617 609 458 26 1075 3-ago-21 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 30 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 4-ago-21 5-ago-21 1170 6-ago-21 1128 7-ago-21 1129 788 8-ago-21 1134 9-ago-21 10-ago-21 11-ago-21 12-ago-21 13-ago-21 14-ago-21 15-ago-21 159 1010 19 678 449 22 962 167 26 955 815 999 135 27 950 1125 814 1069 57 27 871 1124 815 1091 33 24 848 1114 806 1084 30 27 836 1101 806 1068 33 25 839 1091 811 1080 11 23 822 1099 810 1079 20 25 829 1093 807 1081 11 24 818 16-ago-21 1089 811 1080 10 25 820 17-ago-21 1100 810 1080 20 25 830 18-ago-21 1122 816 1061 61 24 878 19-ago-21 1124 825 1068 56 26 881 20-ago-21 1131 820 1072 58 26 879 21-ago-21 1130 821 1086 44 25 865 22-ago-21 1154 822 1088 66 25 888 23-ago-21 1138 824 1067 72 25 896 24-ago-21 1147 823 1051 97 25 920 25-ago-21 1142 834 1071 71 26 905 26-ago-21 1148 834 1076 72 25 906 27-ago-21 1151 831 1100 51 29 882 28-ago-21 1168 835 1087 81 27 916 29-ago-21 1166 838 1036 130 25 968 30-ago-21 1177 834 1016 161 25 996 31-ago-21 1135 824 1045 90 25 914 1-sep-21 1138 837 1094 45 26 881 2-sep-21 1171 847 1122 49 26 896 3-sep-21 1163 841 1123 41 26 881 4-sep-21 1170 843 1129 42 26 885 5-sep-21 1172 843 1130 42 25 885 6-sep-21 1150 844 1146 3 25 847 7-sep-21 1152 846 1154 -2 25 844 8-sep-21 1151 847 1156 -5 24 842 9-sep-21 1140 847 1160 -20 26 828 10-sep-21 1138 856 1167 -29 26 827 11-sep-21 1167 845 1133 34 24 879 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 31 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 12-sep-21 1127 844 1134 -7 27 837 13-sep-21 1110 845 1155 -44 26 801 14-sep-21 1113 846 1155 -42 24 804 15-sep-21 1099 845 1167 -68 25 777 16-sep-21 1124 848 1168 -44 23 805 17-sep-21 1105 848 1177 -72 26 776 18-sep-21 1099 847 1187 -88 27 759 19-sep-21 1115 849 1185 -70 26 779 20-sep-21 1108 847 1187 -79 29 768 21-sep-21 1121 849 1187 -66 29 784 22-sep-21 1109 849 1141 -32 28 816 23-sep-21 1072 855 845 227 26 1082 24-sep-21 1074 855 838 236 25 1091 25-sep-21 1060 854 856 203 27 1057 26-sep-21 1051 855 914 137 27 992 27-sep-21 1035 849 889 146 26 994 28-sep-21 1077 848 912 165 27 1013 29-sep-21 1090 851 960 131 26 981 30-sep-21 1078 853 853 225 26 1078 1-oct-21 1126 851 806 320 26 1171 2-oct-21 1046 851 804 242 25 1094 3-oct-21 1090 850 802 288 27 1138 4-oct-21 1155 847 807 348 28 1195 5-oct-21 1158 735 804 354 26 1090 6-oct-21 1098 843 791 307 28 1150 7-oct-21 1030 840 779 251 28 1091 8-oct-21 975 839 729 246 27 1084 9-oct-21 991 840 802 189 25 1029 10-oct-21 1044 841 805 239 26 1080 11-oct-21 1036 839 806 231 26 1070 12-oct-21 1007 839 808 199 27 1038 13-oct-21 1068 819 785 283 26 1102 14-oct-21 1086 807 751 335 27 1142 15-oct-21 1027 849 713 314 26 1164 16-oct-21 1131 852 701 430 26 1282 17-oct-21 1093 850 707 386 26 1236 18-oct-21 1142 851 698 445 26 1295 19-oct-21 1159 851 683 476 26 1327 20-oct-21 1128 849 679 449 27 1298 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 32 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 21-oct-21 1123 849 693 430 27 1279 22-oct-21 1135 849 694 441 26 1290 23-oct-21 1096 834 694 401 25 1236 24-oct-21 1041 806 694 348 25 1153 25-oct-21 1056 818 692 364 26 1181 26-oct-21 1039 819 693 345 25 1164 27-oct-21 1060 822 697 363 25 1186 28-oct-21 1015 811 704 310 25 1121 29-oct-21 1052 805 703 349 25 1154 30-oct-21 1041 800 700 341 25 1142 31-oct-21 1055 805 700 355 25 1160 1-nov-21 1078 811 704 374 25 1184 2-nov-21 1113 809 704 409 24 1218 3-nov-21 1022 811 733 289 25 1100 4-nov-21 1062 836 720 342 25 1177 5-nov-21 1083 826 725 358 25 1183 6-nov-21 1100 826 726 374 26 1200 7-nov-21 1064 826 726 338 26 1163 8-nov-21 1111 828 726 385 27 1213 9-nov-21 1101 826 730 371 27 1197 10-nov-21 1098 827 707 391 26 1218 11-nov-21 1077 826 717 360 25 1186 12-nov-21 1075 827 739 336 26 1162 13-nov-21 1043 828 753 289 27 1117 14-nov-21 1060 826 859 201 26 1027 15-nov-21 1080 826 852 228 27 1054 16-nov-21 1050 824 838 212 26 1036 17-nov-21 1031 824 833 198 27 1022 18-nov-21 1042 825 818 224 27 1049 19-nov-21 1107 821 815 292 26 1114 20-nov-21 1069 821 814 255 26 1076 21-nov-21 1054 826 815 239 27 1064 22-nov-21 1054 829 813 241 27 1070 23-nov-21 1048 830 811 237 28 1067 24-nov-21 1038 829 807 231 27 1060 25-nov-21 1023 828 785 238 26 1066 26-nov-21 1040 829 790 249 26 1078 27-nov-21 1048 829 795 252 26 1081 28-nov-21 1090 828 804 286 26 1114 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 33 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 29-nov-21 1080 830 806 275 24 1105 30-nov-21 1068 829 808 261 26 1090 1-dic-21 1071 827 808 262 28 1089 2-dic-21 1060 824 794 266 27 1090 3-dic-21 1055 826 786 269 26 1096 4-dic-21 993 826 785 208 27 1034 5-dic-21 1055 819 780 274 24 1093 6-dic-21 1047 799 779 268 27 1067 7-dic-21 1060 820 780 280 28 1100 8-dic-21 1065 830 781 284 26 1114 9-dic-21 1070 885 790 280 22 1166 10-dic-21 1121 874 763 358 26 1231 11-dic-21 1063 858 753 310 26 1168 12-dic-21 1033 832 752 281 26 1114 13-dic-21 1060 863 762 299 22 1162 14-dic-21 1075 852 755 320 21 1172 15-dic-21 1130 824 754 376 27 1200 16-dic-21 1095 825 749 347 27 1172 17-dic-21 1067 820 749 318 27 1138 18-dic-21 1124 800 758 366 27 1167 19-dic-21 1100 802 762 337 26 1139 20-dic-21 1203 811 789 413 26 1224 21-dic-21 1175 808 844 330 24 1138 22-dic-21 1194 798 878 315 27 1114 23-dic-21 1189 805 872 317 27 1121 24-dic-21 1176 812 860 316 26 1127 25-dic-21 1180 812 865 314 26 1127 26-dic-21 1183 808 885 299 26 1107 27-dic-21 1175 806 887 289 25 1095 28-dic-21 1177 804 888 289 25 1093 29-dic-21 1184 805 891 293 25 1097 30-dic-21 1166 802 892 274 26 1076 31-dic-21 1145 792 895 250 26 1043 1-ene-22 1163 788 896 267 26 1055 2-ene-22 1149 784 896 253 26 1037 3-ene-22 1141 776 898 244 26 1020 4-ene-22 1145 773 899 246 26 1019 5-ene-22 1119 790 881 238 25 1028 6-ene-22 1072 774 817 255 25 1029 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 34 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 7-ene-22 1087 783 822 265 26 1048 8-ene-22 1094 775 817 277 26 1052 9-ene-22 1058 796 823 235 26 1031 10-ene-22 1087 767 828 259 26 1027 11-ene-22 1094 814 845 249 26 1064 12-ene-22 1108 837 847 260 25 1097 13-ene-22 1086 838 829 257 26 1095 14-ene-22 1073 845 820 253 25 1098 15-ene-22 1072 835 824 248 26 1083 16-ene-22 1082 838 829 253 26 1091 17-ene-22 1085 832 826 259 25 1091 18-ene-22 1073 823 825 248 26 1071 19-ene-22 1076 826 826 251 25 1076 20-ene-22 1064 815 824 240 26 1055 21-ene-22 1063 813 826 237 26 1050 22-ene-22 1064 816 826 238 26 1054 23-ene-22 1052 811 827 225 26 1036 24-ene-22 1065 814 827 238 26 1051 25-ene-22 1065 810 828 236 26 1046 26-ene-22 1104 831 832 272 27 1103 27-ene-22 1098 812 836 262 26 1074 28-ene-22 1087 810 835 252 26 1062 29-ene-22 1081 817 834 247 25 1064 30-ene-22 1079 818 835 244 26 1061 31-ene-22 1089 848 834 255 23 1102 1-feb-22 1067 824 836 231 25 1054 2-feb-22 1070 820 839 231 26 1050 3-feb-22 1081 838 839 242 25 1081 4-feb-22 1080 830 839 242 25 1071 5-feb-22 1070 827 838 233 26 1060 6-feb-22 1079 827 838 241 26 1068 7-feb-22 1080 828 838 242 26 1070 8-feb-22 1069 826 839 230 26 1056 9-feb-22 1086 845 844 242 26 1087 10-feb-22 1079 834 848 231 26 1065 11-feb-22 1078 842 847 231 26 1073 12-feb-22 1061 846 844 217 25 1063 13-feb-22 1065 821 844 221 26 1042 14-feb-22 1086 829 843 242 25 1072 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 35 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 15-feb-22 1075 875 845 230 26 1105 16-feb-22 1101 894 846 254 25 1148 17-feb-22 1086 771 934 152 25 924 18-feb-22 1059 846 965 94 26 940 19-feb-22 1085 846 965 120 25 965 20-feb-22 1101 860 961 139 22 999 21-feb-22 1100 866 964 136 25 1002 22-feb-22 1090 858 965 126 25 984 23-feb-22 1099 864 961 137 26 1001 24-feb-22 1094 849 961 133 25 982 25-feb-22 1093 851 960 133 24 985 26-feb-22 1099 851 960 138 25 989 27-feb-22 1094 846 962 132 25 978 28-feb-22 1092 846 944 149 25 995 1-mar-22 1098 842 939 158 25 1001 2-mar-22 1175 833 984 191 24 1024 3-mar-22 1175 831 990 185 25 1016 4-mar-22 1181 833 992 189 25 1021 5-mar-22 1207 830 993 214 26 1045 6-mar-22 1173 834 982 191 23 1025 7-mar-22 1160 824 988 172 24 996 8-mar-22 1176 817 985 190 25 1007 9-mar-22 1202 807 949 253 23 1059 10-mar-22 1150 806 586 564 22 1370 11-mar-22 1221 693 528 19 12-mar-22 1209 636 574 24 13-mar-22 1208 783 977 231 26 1015 14-mar-22 1224 821 999 225 26 1046 15-mar-22 1205 827 997 208 24 1035 16-mar-22 1238 822 1010 228 25 1050 PROMEDIO 1120 828 903 216 26 1037 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 36 Reporte de resultados Modelamiento de procesos 8.2. Anexo 2. Mediciones de sulfatos, PH y temperatura en DC09 SULFATOS (mg/L) Fecha 18/11/2020 25/11/2020 2/12/2020 11/12/2020 16/12/2020 22/12/2020 29/12/2020 5/01/2021 13/01/2021 18/01/2021 25/01/2021 1/02/2021 13/02/2021 16/02/2021 26/02/2021 3/03/2021 10/03/2021 18/03/2021 24/03/2021 31/03/2021 7/04/2021 13/04/2021 pH Temperatura (°C) Entrada piscina Canal de rebose Entrada piscina Canal de rebose Entrada piscina Canal de rebose de lodos por de TK11A hacia de lodos por de TK11A hacia de lodos por de TK11A hacia espesador canal de escoria espesador canal de escoria espesador canal de escoria 1031.5 1325.2 2324.2 6500.2 11101.3 3388.2 3336.3 57.7 91.0 250.3 75.4 424.0 248.7 264.8 99.7 494.4 321.7 696.5 2446.7 2422.8 3609.0 99.4 5156.3 5719.2 4166.5 1632.2 714.6 3756.3 8628.0 3488.9 176.6 202.6 60000.0 60000.0 3431.5 2997.9 2000.2 11641.5 12283.0 775.8 7984.4 7985.9 8283.0 481.0 6.1 2.8 6.6 3.2 4.3 2.2 2.0 7.2 8.0 6.6 7.9 6.6 6.6 7.5 7.8 4.2 6.1 7.4 6.3 6.3 6.1 8.0 5.1 6.2 5.3 7.0 8.2 4.0 3.8 3.7 4.2 4.5 6.7 6.1 7.1 7.8 7.7 3.6 3.4 7.2 3.8 3.8 3.8 8.1 30.2 31.8 31.0 32.2 57.9 36.7 29.1 31.1 31.7 32.4 31.6 32.7 31.4 31.3 32.0 31.0 30.9 30.3 39.6 39.7 38.7 31.2 36.9 37.6 36.7 36.9 31.4 34.4 33.4 49.2 38.1 56.1 30.9 35.7 36.2 34.1 35.3 36.1 38.1 33.9 47.5 47.1 31.4 34.7 ANÁLISIS DE GENERACION DE ACIDEZ EN EL SISTEMA DE LIMPIEZA DE GASES DEL KN01 25/04/2022 37