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