イザメルト
製錬プロセス

Isasmelt 炉の供給能力は、この技術が世界中の製錬所で受け入れられるにつれて増加しています。

ISASMELTプロセスは、 1970年代から1990年代にかけてマウント・アイザ・マインズ（ MIMホールディングスの子会社で、現在はグレンコア傘下）とオーストラリア政府CSIROによって共同開発された、エネルギー効率の高い製錬プロセスです。製錬プロセスとしては比較的低い資本コストと運用コストを誇ります。

ISASMELT技術は鉛、銅、ニッケルの製錬に適用されています。2021年現在、11か国で22のプラントが稼働しており、マウント・アイザには3つの実証プラントがあります。2020年の銅・ニッケル製錬プラントの設備容量は、原料で年間976万トン、鉛製錬プラント全体では年間75万トンでした。[1]

銅製錬のISASMELTプロセスに基づく製錬所は、世界で最も低コストの銅製錬所の一つです。[2]

ISASMELT炉

ISASMELT炉は、耐火レンガで内張りされた直立円筒形の鋼製容器です。[3]炉の底には、用途に応じてスラグ、マット、または金属の溶融浴があります。炉の天井にある穴から鋼製ランスが浴内に降ろされ、ランスを通して（場合によっては酸素を豊富に含む）空気が注入され、浴が激しく撹拌されます。

Isasmelt 炉の断面図

鉱石精鉱やリサイクル原料は、炉天井の別の穴から浴に投入されるか、場合によってはランスから噴射されます。これらの原料は噴射されたガス中の酸素と反応し、他の製錬技術と比較して少量で強力な反応を引き起こします。

ISASMELTランスには、「スワーラー」と呼ばれる装置が1つ以上搭載されており、噴射されたガスをランス内で回転させ、ランス壁に押し付けて冷却します。スワーラーは、中央のパイプの周囲に環状流を形成する湾曲した羽根で構成されています。[4]スワーラーは、軸方向から接線方向へと角度を変化させることで圧力損失を最小限に抑え、強力な渦流を発生させるように設計されています。[5]この渦流は、浴中の液体と固体を酸素と混合するのに役立ちます。[6]この冷却効果により、ランスの外側にスラグの層が「凍結」します。この固体スラグの層は、ランスを炉内の高温から保護します。浴中に浸漬されているランスの先端は、やがて摩耗しますが、摩耗したランスは必要に応じて簡単に新しいものに交換できます。摩耗した先端は切断され、新しい先端がランス本体に溶接されてから、炉に戻されます。

ISASMELT炉は通常、用途に応じて1000～1200℃の範囲で動作します。[3] [7]炉の内部ライニングを形成する耐火レンガは、炉内の熱から鋼製のシェルを保護します。

製品は「タッピング」と呼ばれる工程で、1つまたは複数の「出銑口」から炉から取り出されます。これは連続的に行うことも、バッチ式で行うこともできます。出銑口は出銑の先端にある粘土で塞がれ、次の出銑の際にはドリルまたはサーミックランスで再び開けられます。

生成物は、回転保持炉や電気炉などの沈殿容器内で分離されます。

硫化物精鉱の製錬において、原料の加熱・溶融に必要なエネルギーの大部分は、精鉱中の硫黄および鉄と酸素との反応によって得られます。しかしながら、少量の補助エネルギーも必要です。ISASMELT炉は、石炭、コークス、石油コークス、石油、天然ガスなど、様々な燃料を使用できます。固体燃料は、他の原料とともに炉の上部から投入するか、ランスを通して注入することができます。液体燃料と気体燃料は、ランスを通して注入されます。

ISASMELTプロセスの利点

ISASMELT 炉には通常、コンベア ベルトから炉内に落下する湿った濃縮物が供給されます。

ISASMELT プロセスの利点は次のとおりです。

  • 小さな設置面積で高い生産性：グレンコア社のマウントアイザ銅製錬所は、直径3.75mの単一の炉で年間100万トン以上の銅精鉱を処理しています。[3]設置面積が小さいため、スペースに制約のある既存の製錬所への後付けに適しています。[8] [9]
  • 簡単な操作：ISASMELT炉は、ベルトコンベアから炉内に直接原料を排出できるため、大規模な原料準備を必要としません[10]
  • 高いエネルギー効率：マウントアイザ銅製錬所にISASMELT炉を設置したことで、硫化物精鉱に含まれる固有エネルギーをより有効に活用することで、以前使用されていた焙焼炉や反射炉と比較してエネルギー消費量を80％以上削減することができました[2]
  • 供給原料の種類の柔軟性：ISASMELT炉は、幅広い組成の銅、鉛、ニッケル精鉱の製錬に使用されており、[11]高濃度のマグネタイト[ 10]や銅スクラップ、鉛蓄電池ペースト[12]などの二次原料も含まれています。
  • 燃料の種類の柔軟性：ISASMELT炉は、様々なランクの塊炭、コークス（塊状または微粉状）、石油コークス、油（再生油を含む）、天然ガス、液化石油ガスなど、製錬所の所在地で最も経済的なものに応じて、さまざまな燃料で稼働できます[3]
  • 高いターンダウン比：精鉱の入手可能性と製錬所のニーズに応じて、単一のISASMELT設備への供給速度を簡単に増減できます。
  • 低い原料の持ち越し：ISASMELT炉では通常、廃ガスとともに原料の約1％が持ち越されるため、再処理のために炉に戻す必要のある材料が少なくなります[3]
  • 漏洩排出物の効果的な封じ込め：炉の上部には2つの開口部しかないため、漏洩排出物を容易に捕捉できる[10]
  • 有害な微量元素の除去率が高い：ISASMELT炉のスラグに注入されたガスの洗浄作用により、銅ISASMELT炉はビスマスやヒ素などの銅製品の特性に有害な影響を与える可能性のある微量元素を高度に除去します[13]
  • 排ガス中の二酸化硫黄濃度が高い：酸素濃縮の使用により、ISASMELTプラントは排ガス流中の二酸化硫黄濃度が高くなり、酸性プラントの建設と運用が安価になります。
  • 比較的低い運転コスト：プロセスのエネルギー効率、簡単な原料準備、可動部品の相対的な少なさ、低い原料の持ち越し率、低い労働力、摩耗したランスや耐火ライニングの交換の容易さにより、ISASMELTプロセスの運転コストは比較的低い[10]。
  • 比較的低い資本コスト：ISASMELT炉の構造の単純さと乾燥せずに濃縮物を処理できる能力により、他の製錬プロセスよりも安価になります。[10] [14]

プロセスの歴史

初期の開発（1973～1980年）

ISASMELTプロセスは、1973年にCSIROのビル・デンホルム博士とジョン・フロイド博士がシロスメルトランスを発明したことから始まりました。 [15] [16]このランスは、錫精錬プロセスの改良に関する研究の結果として開発され、上部入口式浸漬ランスの使用により、熱伝達と物質移動の効率が向上することが判明しました。[16]

上面投入式浸漬ランスのアイデアは、少なくとも1902年に遡り、フランスのクリシーで同様のシステムが試みられました。[17]しかし、初期の試みは、ランスが浴に浸漬すると寿命が短かったため失敗しました。三菱銅製錬法は代替的なアプローチの一つであり、ランスは炉内で使用されるものの、浴に浸漬されません。代わりに、ランスはスラグの表面に酸素濃縮空気を吹き付けます（トップジェッティング）。[18]同様に、水冷式のトップジェッティングランスは、リンツ・ドナヴィッツ（LD ）製鋼法の基礎となりました。この方法では、浸漬ランスほど浴内での混合強度は得られません。[16]

CSIROの科学者たちは当初、水冷ランスを用いた浸漬ランスシステムの開発を試みましたが、「水冷ランスのスケールアップには問題があった」ため、空冷システムに移行しました。[16]溶融金属やスラグを扱うシステムに水を導入すると、1975年11月にスカンソープ製鉄所で11人が死亡したような壊滅的な爆発を引き起こす可能性があります。[19]

シロスメルト ランスにスワーラーを組み込み、ランス上にスラグの飛沫コーティングを形成することは、水中ランス製錬の成功につながった大きな革新でした。

1973年から、CSIROの科学者たちは、オーストラリアの産業スラグから金属を回収するために、Sirosmeltランスを用いた一連の試験を開始しました。対象となったのは、ポートピリーのBroken Hill Associated Smeltersにおける鉛軟化炉スラグ（1973年）、シドニーのAssociated Tin Smeltersにおける錫スラグ（1974年）、Electrolytic Refining and Smelting（ER&S）ポートケンブラ工場における銅転炉スラグ（1975年）、タウンズビルのCopper Refineries Limited（MIM Holdingsの別の子会社）における銅陽極炉スラグ（1976年）、そしてマウントアイザにおける銅転炉スラグ（1977年）です。[16]その後、研究は錫精鉱（1975年）、そして硫化錫精鉱（1977年）の製錬へと進みました。[16]

MIMとER&Sは1975年のポートケンブラ転炉スラグ処理試験に共同で資金を提供し、タウンズビルとマウントアイザでのスラグ処理作業にもMIMの関与は継続されました。[20]

CSIROは銅スラグ処理作業と並行して、錫製錬の研究も継続していた。プロジェクトには、1978年にアソシエイテッド・ティン・スメルターズ社に設置されたスラグから錫を回収する5トンプラントや、アバーフォイル社との共同研究による初の硫化物製錬試験作業などがあり、この試験では黄鉄鉱錫鉱石および錫と銅の混合精鉱から錫を燻蒸した。[21]アバーフォイル社は、タスマニア州クリーブランドの自社鉱山や、タスマニア州ジーハン近郊のクイーンヒル鉱床などの複雑な鉱石からの錫回収率を向上させるため、シロスメルトランス法の適用可能性を調査していた。[22] [23]

アバーフォイルの研究は、1980年後半に西オーストラリア州カルグーリーの南に位置するウェスタン・マイニング・コーポレーションの カルグーリー・ニッケル製錬所に4トン/時の錫マット燻蒸パイロットプラントが建設され、稼働することにつながった。[23]

ISASMELT開発をリード

小規模作品（1978～1983年）

1970年代初頭、鉛製錬産業の主力であった伝統的な高炉と焼結プラントの技術は、より厳しい環境要件、エネルギーコストの上昇、金属価格の下落、資本コストと運用コストの上昇による継続的な圧力にさらされていました。[15]

多くの製錬会社は、焼結炉や高炉に代わる新しい製錬法を模索していました。その候補としては、QSL鉛製錬法、キブチェット法、カルド上吹き回転転炉、そしてオウトクンプ社の成功した銅・ニッケル自溶炉を鉛製錬に応用することなどが挙げられました。[24]

MIMは、マウントアイザの鉛製錬事業の将来を守る方法を模索していました。そして、以下の2つの方法でそれを実現しました。

  1. 既存事業の環境および業務パフォーマンスの改善に取り組んでいる
  2. 新しい技術を研究する。[15]

MIMは、キブチェット法を除く当時のすべてのプロセスオプションについて、マウントアイザの鉛精鉱の大規模区画を用いたプラント試験を実施し、新技術の調査を行いました。同時に、MIMは、三菱法とカルド法におけるトップジェッティングランスの使用、そして1960年代にアサルコ社（MIMホールディングスの株主であるなど、MIMと長年の関係を築いていた）が実施したトップエントリー式サブマージド燃焼ランスの研究についても認識していました。このことが、堅牢なサブマージドランスを製造する方法と考えられていたシロスメルトランスへのMIMの関心を刺激しました。[15]

1976年から1978年にかけての銅スラグ試験に続き、MIMは1978年にCSIROとの共同プロジェクトを開始し、シロスメルトランスを鉛製錬に適用する可能性を調査した。[7]

研究は平衡熱力学のコンピュータモデル化（1978年）から始まり、続いて大型アルミナ珪酸塩るつぼを用いた実験室規模のベンチスケール試験（1978～1979年）が行われた。その結果は非常に有望であったため、MIMはマウント・アイザに120 kg/hの試験装置を建設した。この装置は1980年9月に稼働を開始した。この装置は、マウント・アイザの鉛精鉱から鉛地金を製造する2段階プロセスの開発に使用された。第1段階は酸化工程で、原料からほぼすべての硫黄を除去し、含まれる鉛を酸化鉛（PbO）に酸化する。PbOは大部分がスラグに集められた（一部は酸化鉛フュームとして炉外に排出され、鉛回収のために戻された）。第2段階は還元工程で、鉛から酸素を除去して金属鉛を生成する。[7]

主導的なISASMELTパイロットプラント（1983～1990年）

120kg/hの試験作業の後、MIMはマウント・アイザ鉛製錬所に5t/hの鉛ISASMELTパイロットプラントを設置することを決定しました。同社はアバーフォイルのマットフューム炉を購入し、カルグーリーからマウント・アイザに輸送しました。マウント・アイザでは、この炉は改修され、1983年に稼働を開始しました[16]。これは、プロセスの第一段階を連続運転で実証し、高鉛スラグのバッチを用いて還元工程を試験するためでした[25] 。

パイロットプラントの重要な特徴の一つは、鉛製錬所の操業担当者が、まるで操業プラントであるかのように操業した点である。[15]鉛精鉱の連続製錬によって生成された高濃度鉛スラグは、その後焼結プラントで処理され、鉛製錬所の生産量を最大17%増加させた。[26]これにより、操業担当者はプラントに対する所有権と操業へのインセンティブを獲得し、管理と保守を優先するようになった。また、MIMは、このプロセスが通常の人員と監督体制で生産環境で操作できるほど単純であり、通常の制御逸脱にも耐えられるほど堅牢であることを確信できた。[15]鉛精鉱を連続的に操業して高鉛スラグを生産するだけでなく、パイロットプラントではスラグから少量の鉛金属を生産し、[25]炉の耐火ライニングとランスの摩耗率を調査し、シロスメルトランスの低圧版の開発を目指した初期作業も実施されました。その結果、当初の約250キロパスカル（ゲージ圧）（「kPag」）よりも大幅に低い圧力で操業できるランス設計が実現し、操業コストが削減されました。[7]

MIMは最初の炉の隣に2台目の同一の炉を建設し、1985年8月に稼働させました。この炉の組み合わせは、1987年半ばに2段階プロセスの連続運転を実証するために使用されました。[25]しかし、ほとんどの時間、廃ガスから鉛​​粉塵をろ過するために使用されるバグハウスの容量の制約により、2つの炉を同時に稼働させることができませんでした。[25]

一連のプロセス改善、特に廃ガス処理システムの改善により、プラントの処理能力は当初の設計値の5t/hから10t/hに増加しました。[10]パイロットプラントは1989年4月までに125,000t以上の鉛精鉱を処理しました。[12]

この2つの炉は、マウントアイザ鉛製錬所のドロス処理から鉛を回収するプロセスの開発にも使用されました。[25]

主導的なISASMELT実証プラント（1991～1995年）

パイロットプラントの作業結果に基づき、MIMホールディングスの取締役会は、年間6万トンの鉛地金を生産できる6,500万豪ドル[27]の実証プラントの建設を承認した。 [25]このプラントは1991年初頭から1995年まで稼働した。[28]当初は、27%に濃縮したランス空気を用いて毎時20トンの鉛精鉱を処理するように設計された。しかし、当初このプラント用に予定されていた酸素は、より収益性の高い銅製錬事業に転用されたため、鉛ISASMELT実証プラントへの供給速度は大幅に制限された。[28] 1993年に十分な酸素が利用可能になり、濃縮レベルを33～35%に上げることができたとき、毎時36トンまでの精鉱の処理速度が達成され、最終還元炉スラグ中の残留鉛は2～5%の範囲であった。[28]

ISASMELT鉛製錬の2段階アプローチは、マウントアイザ鉛精鉱の鉛含有量が比較的低かったことに一部起因しています（鉛ISASMELT開発期間中、通常、鉛含有量は47～52%の範囲でした）。[7] [29] [30]このように低品位の精鉱を1つの炉で鉛地金を製造しようとすると、鉛酸化物が過剰に発生し、鉛を回収するために大量の物質を炉に戻さなければならなくなります[7]。その結果、その物質を炉の温度まで再加熱する必要があるため、エネルギー需要が増加します。

鉛含有量の高い精鉱は、過剰な発煙を伴わずに単一の炉で直接鉛金属に精錬することができます。[7]このことは1994年に大規模に実証され、67%の鉛を含む4000トンの精鉱を、ランス空気を27%に濃縮し、最大32トン/時の速度で処理しました。これらの試験では、精鉱中の鉛の50%が精錬炉で鉛地金に変換され、残りの大部分は精錬炉スラグ中の酸化鉛となりました。[28]

先行ISASMELTパイロットプラントと同様に、先行ISASMELT実証プラントも排ガス処理システムによる制約に悩まされていた。実証プラントの場合、問題は、廃熱ボイラーの対流管束に粘着性のヒュームが断熱層を形成し、熱伝達率を著しく低下させ、その結果、ボイラーが排ガス温度を下げる能力が低下したことによって引き起こされた。[12]プラントは、バグハウスを使用して排ガスから鉛​​ヒュームを濾過していたため、バグが高温で損傷する温度以下にガス温度を下げる必要があった。この問題は、冷たい空気を熱い排ガスと混合して、バグハウスが作動できるレベルまで温度を下げることで解決した。[12]これにより、バグハウスで濾過できるガス量によって再び制限されたため、ISASMELTプラントの能力は減少した。

鉛のISASMELT実証プラントは、同プラントとその他の鉛製錬所の稼働を維持するのに十分な精鉱がなかったため、1995年に休止された。[12]マウントアイザの鉛精鉱をすべて単独で処理するには規模が小さすぎた。

商用一次鉛ISASMELTプラント（2005年以降）

最初の商業用一次鉛ISASMELT炉は、中国雲南省曲靖にある雲南池紅亜鉛ゲルマニウム株式会社（YCZG）の新規亜鉛・鉛製錬施設に設置されました。[31]この炉は、ISASMELT炉と高鉛ISASMELTスラグを処理するために特別に設計された高炉からなる工場の一部でした。[28] ISASMELT炉はスラグと鉛地金の両方を生産するように設計されており、ISASMELT炉で精鉱中の鉛の約40％が鉛地金に変換されます。[31]

ISASMELTと高炉の組み合わせは、年間16万トンの鉛精鉱を処理するように設計されました。[1]

2012年、カザフスタンのウスチ・カメノゴルスクにあるカズジンクの製錬所で、2基目の商用一次鉛ISASMELT炉が稼働を開始しました。この炉もISASMELTと高炉の組み合わせで、年間30万トンの鉛精鉱を処理するように設計されています。[1]

YCZGは中国の恵沢にある新たなグリーンフィールド製錬所にもう一つの鉛ISASMELTを建設中で、2013年に稼働開始の予定である。[1]

2017年6月、グレンコアは、ニルスターNVがポートピリーの新設オースメルト炉向けにイサスメルト社のライセンスを取得したと発表した。契約の一環として、ニルスターは、カザフスタンにあるグレンコアのカズインク事業所の人員に、オースメルト炉と高炉のトレーニングと立ち上げ支援サービスを委託した。これには、ウスチ・カメノゴルスク事業所におけるニルスターの人員のトレーニングと、オースメルト工場の試運転および立ち上げ段階におけるカズインクの人員による現場支援が含まれていた。[32]

二次鉛製錬（1982年以降）

1982年から1983年にかけて鉛ISASMELT 5t/hパイロットプラントが設計されていた一方で、MIMは120kg/hのテスト装置を使い続け、前述のドロス処理プロセスや鉛リサイクルのための鉛蓄電池ペーストの処理など、他のプロセスの開発を続けました。[7]

MIMホールディングスの取締役会は、英国ノースフリートにある同社の鉛精錬所であるブリタニア・リファインド・メタルズに、バッテリーペーストから鉛を商業的に回収するためのISASMELTプラントを建設することを承認した。これは、短回転炉を使って年間1万トンの鉛を生産している既存のプラントを補完するものであった。[33]新しいプラントはリサイクル鉛の年間生産量を3万トン/年に増加し、1991年に稼働を開始した。[33] ISASMELT炉は、バッテリーペーストからアンチモンの少ない鉛地金と、55～65%の酸化鉛を含むアンチモンに富むスラグを製造するために使用された。ISASMELT炉のスラグから還元工程で鉛を回収することは可能であったが、十分な量のスラグが生成されたら短回転炉でスラグを処理することによって、プラント全体の処理能力が向上した。[33]この工場は7.7トン/時のバッテリーペースト処理能力を持つように設計されていたが、実際には12トン/時を日常的に処理していた。[33]この工場は、MIMホールディングスの鉛事業を引き継いだエクストラータ・ジンクが鉛リサイクル事業から撤退することを決定したため、2004年に閉鎖された。[33]

リサイクル電池から鉛を回収する2番目のISASMELT鉛プラントは、2000年にマレーシアのMetal Reclamation IndustriesのPulau Indah工場で稼働しました。[33]このISASMELTプラントの設計能力は、鉛地金4万トン/年です。[1]

銅ISASMELT開発

小規模試験作業（1979～1987年）

CSIROの科学者たちは1979年に、 CSIROの50kgシロスメルト試験装置[34]を使用して、硫化銅精鉱に関する小規模試験を実施した[16 ]。これらの試験では、40～52%の銅を含む銅マットの製造や、場合によってはマットを粗銅に変換することなどが行われた[34] 。

この研究の結果は非常に有望であったため、MIMは1983年に[35]、当時250kg/hに再評価されていた120kg/hの試験装置を使用して独自の銅製錬試験作業プログラムを実施しました。[27]このプロセスは制御が容易で、スラグへの銅の損失が少ないことがわかりました。[10]また、このプロセスでは、マウントアイザに大量に備蓄されていた銅転炉スラグ濃縮物から簡単に銅を回収できることもわかりました。[10]

銅ISASMELT実証プラント（1987～1992年）

15トン/時の銅ISASMELT実証プラントの建設は1986年に開始されました。この設計は、MIMの250 kg/時の試験作業とISASMELTパイロットプラントの運転経験に基づいていました。[27]建設費は1100万豪ドル[10]で、1987年4月に稼働を開始しました。[27]初期資本コストは運転開始から14ヶ月で回収されました。[26]

ISASMELTパイロットプラントと同様に、銅ISASMELT実証プラントは銅製錬所の操業に統合され[15]、銅生産量を20%（30,000トン/年）増加させることでその効果を実証しました[10] 。この実証プラントは、反射炉で高速度処理すると磁鉄鉱（Fe 3 O 4）の析出物が発生し、反射炉を停止して除去する必要が生じるため、転炉スラグ濃縮物のバックログ全体を迅速に処理しました[36] 。

銅プロセスの更なる開発のために、ISASMELT銅実証プラントが使用された。当初、耐火物の寿命は予想よりも短かったため[37]、その原因を解明し、耐火物の寿命を延ばすために多大な努力が払われた[37] 。実証プラントの寿命終了時には、最長の耐火物寿命は90週間であった[37] 。

当初はランスの寿命も短かった。[37]経験の浅い作業者は、わずか10分でランスを破損することがあった。[37]しかし、ランスの設計変更、浴槽内でのランスの位置を決定する技術の開発、そして作業経験の向上により、典型的なランスの寿命は1週間にまで延長された。[37]

実証プラントは、高圧（700 kPag）の空気をランスに注入して稼働を開始した。[27]その後、低圧ランスの設計とランス空気の酸素濃縮を使用した試験を広範囲にテストした後、70 t/dの酸素プラントと、排出圧力が146 kPagの5 Nm3/sのブロワーが購入された。[27]新しいランス設計は、100 kPag未満の圧力で動作できた。[35]ランス空気の酸素を35％に濃縮することにより、実証プラントの処理能力は濃縮物48 t/hに上昇し、製錬中に使用される総エネルギーは含有銅1トンあたり25.6 GJ/tから4.1 GJ/tに削減された。[27]

商業用一次銅ISASMELTプラント（1990年以降）

銅のデモプロセスISASMELTの運用と開発の成功、そして世界中の製錬業界がこの新しいプロセスに関心を示したことから、MIMホールディングスはISASMELT技術を外部企業にライセンス供与するのに十分な自信を得ることができた。[38]そのため、MIMがSirosmeltランスをISASMELT技術に組み込むことができる契約が1989年にCSIROと締結された。[26]

AGIPオーストラリア

MIMは1990年7月にアジップ・オーストラリア・プロプリエタリー・リミテッド（「アジップ」）と最初のISASMELTライセンス契約を締結した。イタリアの石油会社ENIの子会社であるアジップは、西オーストラリア州カラサ近郊のラジオヒルニッケル銅鉱床の開発に携わっていた。[26] MIMとアジップの代表者は、マウントアイザにある250kg/hの試験装置でラジオヒル鉱石4トンを精錬する一連の試験を実施した。[26]

Agip ISASMELTプラントは、ラジオヒル精鉱を毎時7.5トン処理し、ニッケルと銅を合わせて45%の粒状マットを毎時1.5トン生産して販売できるように設計された。[26] [27]このプラントは、銅ISASMELT実証プラント（内径2.3メートル）と同じサイズで、ランスエアーを供給する5.5 Nm3/sの送風機を備えていた。[26]プラントの試運転は1991年9月に開始されたが、[12]ラジオヒル鉱山と製錬所の複合施設は、試運転が完了する6ヶ月も経たないうちに、ニッケル価格の低下により閉鎖を余儀なくされた。[12 ] [27] ISASMELT炉は3ヶ月以内に設計生産能力を達成した。[12]その後の鉱山所有者は採掘と鉱物処理のみに注力し、ISASMELTプラントは解体された。[12]

フリーポート・マクモラン銅・金

1973年、アリゾナ州マイアミにあるフリーポート・マクモラン銅・金（フリーポート）製錬所は、マイアミ製錬所に51MWの電気炉を設置しました。この決定は、ソルトリバー・プロジェクトとの長期電力契約に基づき、非常に低い電力料金で提供されていたためです。[8]この契約は1990年に期限切れとなり、その結果、電力料金が上昇しました。製錬所の所有者であるサイプラス・マイアミ・マイニング・コーポレーション（サイプラス）は、操業コストを削減するための代替製錬技術の検討を迫られました。[8]

評価された技術には以下が含まれます。

コントップ、インコ、三菱、オウトクンプの各プロセスは、「主に粉塵レベルの高さ、資本コストの高さ、既存設備への適応性の低さ」を理由にすべて除外された。テニエンテ転炉は、部分精錬に電気炉を使用する必要があるため除外された。ノランダ反応炉は、「耐火物の摩耗が大きく、反応炉スラグの取り扱いにより既存設備への適応性が低い」ため選定されなかった。[8] ISASMELTが優先技術として選定され、1990年10月にMIMとライセンス契約が締結された。ISASMELT技術を選定した主な要因は、既存設備への適合性、および既存の設備とインフラの活用度の高さであった。一方、マウント・アイザ実証プラントからの技術スケールアップに伴うリスクが、ISASMELT技術選定の最大のデメリットと考えられた。[8]

マイアミ銅製錬所のISASMELT炉は、年間59万トン（65万ショートトン）の銅精鉱を処理するように設計されていたが、処理量は製錬所の廃ガスから二酸化硫黄を回収する硫酸プラントの能力によって制限されていた。[8]既存の電気炉は製錬用からスラグ洗浄炉に改造され、転炉用のマットサージ能力を提供した。[8] ISASMELT炉は1992年6月11日に稼働を開始し、2002年には年間70万トン以上の精鉱を処理した。 [ 39]マイアミ製錬所の近代化には推定9,500万米ドルの費用がかかった。[27]

1993年、サイプロス・ミネラルズ・カンパニーはAMAXと合併してサイプロス・アマックス・ミネラルズ社を設立し、1999年後半にフェルプス・ドッジ社に買収された。買収後、フェルプス・ドッジ社はヒダルゴとチノの製錬所を閉鎖した。[40]フェルプス・ドッジ社は2006年にフリーポート社に買収された。

マイアミの製錬所は、米国で稼働している銅製錬所のうちの2つのうちの1つであり、1979年には16ヶ所あった。[41]

マウントアイザ鉱山

3番目の商業用銅ISASMELTプラントは、MIMのマウントアイザ銅製錬所に約1億豪ドルの費用をかけて設置されました。[37]このプラントは、18万トン/年の銅を含む104トン/時の銅精鉱を処理するように設計され、1992年8月に稼働を開始しました。[37]

マウントアイザ銅ISASMELT工場と他の工場との大きな違いは、炉の廃ガスから熱を回収するために、アールストロム社製のフラックスフロー廃熱ボイラー[42]を使用していることです。このボイラーは、炉から排出される廃ガスを粒子の循環流動床を用いて急速に冷却し、その後、流動床上部のシャフトに吊り下げられたボイラー管を通過する際に、固体間接触による優れた熱伝達特性を利用して粒子を冷却します。[37]高い熱伝達率により、フラックスフローボイラーは従来の廃熱ボイラーに比べて比較的コンパクトになり、廃ガスの急速冷却により三酸化硫黄（ SO3 ）の生成が抑制されます。SO3は水と反応すると硫酸を形成し、冷却面の腐食の原因となります。[43]

2002 年のマウント アイザ銅精錬所。左側のクレーンの下の建物は、ISASMELT 工場です。

フラックスフローボイラーは、初期の頃はボイラー管の摩耗率が予想よりもはるかに高かったため、大きなダウンタイムの原因となっていました。[43]これらの問題は、ボイラー内のガスの流れを理解し、侵食の影響を最小限に抑えるようにボイラー管を再設計することで解決されました。[43]

ISASMELT炉の耐火レンガの寿命は当初予想よりも短く、水冷システムによる延命が検討されたが[43]、水冷システムは導入されず、運用改善によって資本コストと運用コストをかけずにライニングの寿命が大幅に延長された。[44] 1998年以降、耐火ライニングの寿命は設計上の2年を超えており[12] 、 8番目と9番目のライニングの寿命はほぼ3年に達した。[45]最新のライニングは50ヶ月間持続し、その前のものは44ヶ月間持続した。[46]

マウントアイザでの操業開始当初、ISASMELT炉の処理能力は、ボイラー、スラグ造粒システム、精鉱フィルターなど、工場の補助設備の一部に問題があったために制約を受けた。[44]最終的な制約は、銅製錬所の生産量を陽極銅 265,000 t/y に増やすために、2 つの反射炉のうち 1 つを稼働させておくという建設中の決定だった。製錬所の Peirce-Smith 転炉がボトルネックとなり、反射炉からマットが凍結するのを防ぐのに十分な量のマットを引き出せるように、ISASMELT 炉の供給速度を抑制する必要があった。[2] ISASMELT の供給速度の 12 か月間の移動平均は、この期間の大半で 100 t/h をわずかに下回り、設計上の年間平均 104 t/h には到底達しなかった。[44] MIMは1997年に反射炉の閉鎖を決定し、この制約が解除されると、ISASMELT工場の12ヶ月間の平均供給速度はすぐに104t/hの設計値を超えました。[44]

ISASMELTプラントの性能は非常に良好であったため、MIMはランス空気の濃縮度を高めるために第2の酸素プラントを追加することで、ISASMELT処理速度を166 t/hに拡大することを決定しました。 [ 44 ]その結果、2001年後半までに精鉱の処理速度はピーク時で190 t/hに達し、製錬所はピーク時に年間合計24万tの陽極銅を生産しました。[44]当時、マウントアイザ銅製錬所は、タウンズビルの銅精錬所とともに、世界で最も低コストの銅製錬所の1つでした。

ランスの寿命は通常2週間で、ランスの交換には30分から40分かかり、修理は通常ランスの先端の交換に限られます。[47]

2006年にMIMは既存の保持炉と並行して稼働する2台目の回転式保持炉を稼働させました。[48]

ステリライト・インダストリーズ

ヴェダンタ・リソーシズの子会社であるスターライト・インダストリーズ（以下「スターライト」）は、 ISASMELT製炉とピアース・スミス製転炉を用いてトゥティコリンに銅製錬所を建設した。製錬所は1996年に稼働を開始し[1]、当初は年間6万トンの銅（銅精鉱45万トン）を生産する予定であったが[45]、ランス空気中の酸素含有量の増加とその他の設備の改造により、ISASMELT製炉への原料供給速度が向上し、年間18万トンの銅を生産するようになった[12] 。

スターライト社は2005年5月に新しいISASMELT炉を稼働させました[48]。この炉は年間130万トンの銅精鉱を処理できるように設計されており[45]、製錬所の生産能力は年間30万トンに拡大されました[12] 。新しい工場は、最初の原料の処理開始から6ヶ月後の3ヶ月間で設計生産能力に達しました[48]。ヴェダンタ社のウェブサイトによると、新しいISASMELT炉は「記録的な45日間」で生産能力の増強に成功したとのことです[49] 。

それ以来、スターライトは、3番目のISASMELT製錬所とIsaKidd技術を採用した新しい精錬所を設置することで、銅生産をさらに拡大することを決定しました。[50]新しい製錬所の設計能力は、1基のISASMELT炉で処理される銅精鉱（年間40万トンの銅を含む）136万トン/年の生産能力です。[51]

雲南銅公司

1990年代、中国政府は工場の近代化によって中国経済の効率性を高め、重工業の環境影響を軽減することを決定しました。[9]これを受けて、雲南銅公司（YCC）は、焼結炉と電気炉をベースとした既存の工場を、銅製錬所ISASMELT炉に改修しました。[9]マイアミ製錬所と同様に、電気炉は製錬業務からマットとスラグの分離、そして転炉へのマットサージ能力の提供へと転換されました。ここでも、ISASMELT炉の設置面積の小ささが、既存の製錬所への改修において非常に重要でした。[9]

YCCのISASMELT工場は、銅精鉱の年間乾燥生産能力が60万トンであり、2002年5月15日に精鉱の製錬を開始しました。[9] YCCはオペレーターの訓練に力を入れており、ISASMELTの稼働開始に先立ち、2001年には7ヶ月間にわたりマウントアイザに研修生を派遣しました。 [9 ] ISASMELT炉を含む製錬所近代化計画の総費用は6億4000万元（約8000万米ドル）で、その結果、製錬所の精鉱処理量は年間47万トンから80万トンに増加しました。[52]

MIMからYCCへの操業知識の移転により、最初のISASMELT炉耐火ライニングは2年間持続し、他の工場の初期ライニングの寿命を大幅に改善することができました。[52]

YCCは近代化プロジェクトを「期待されていたことをすべて達成した大成功」と評した。[52 ] ISASMELT炉の設置により、生産される粗銅1トンあたりのエネルギー消費量は34%減少し、YCCは操業開始から38ヶ月間でエネルギーコストの削減だけで約3,140万ドルを節約できたと見積もっており[52] 、業界標準からすると近代化投資の回収期間は非常に短い。

2004年、YCCの経営陣は、製錬所近代化プロジェクトの成功を記念して、中国政府からプロジェクト管理における革新賞と高品質プロジェクトに対する国家メダルを授与されました。[52]

エクストラータはその後、YCCにさらに3つのISASMELTプラントの建設ライセンスを供与しました。1つは中国雲南省楚雄に年間50万トンの銅精鉱を処理するプラント、もう1つは中国四川省涼山に[1]、もう1つはザンビアのチャンビシに年間35万トンの精鉱を処理するプラントです[1] 。楚雄とチャンビシは2009年に稼働を開始しました。[1]涼山は2012年に稼働を開始しました。[53]

  • モパニ銅鉱山（ザンビア・コンソリデーテッド・カッパー・マインズ・リミテッド傘下）
サザンペルー銅公社

1990年代、 南ペルー銅公社（SPCC）は、1997年にペルー政府に2007年1月までに製錬所で発生する二酸化硫黄の少なくとも91.7%を回収するという約束の一環として、ペルー南部イロの製錬所の近代化を目指していた。[54]当初、反射炉に代わる自溶炉製錬技術として自溶炉技術を選択し、約10億ドルの費用をかけた。[14]しかし、グルポ・メヒコによるASARCOの買収後、最初に行われた措置の一つは、イロ製錬所の近代化計画の見直しであった。[14]

カジンク

カズィンク社は、ウスチ・カメノゴルスク製錬所に銅ISASMELTプロセスを採用した。このプロセスは年間29万トンの銅精鉱[1]を処理するように設計されており、2011年に稼働を開始した[55]。 2006年の製錬所および精錬所の予測資本コストは1億7,800万米ドルであった[56] 。

商業用二次銅ISASMELTプラント

銅精鉱の処理に加えて、ISASMELT 炉は二次（スクラップ）銅材料の処理用にも製造されています。

ユミコア

1990年代初頭、当時のユニオン・ミニエールの技術者はMIMホールディングスの担当者と協力し、銅と鉛を含むスクラップ材料や残留物を処理するISASMELTベースのプロセスを開発しました。[38]ユニオン・ミニエールは、ベルギーのアントワープ近郊のホーボーケンで、非鉄金属スクラップのリサイクルを専門とする製錬所を運営していました。試験作業プログラムは、英国ノースフリートにあるMIMホールディングスの鉛精錬所、ブリタニア・リファインド・メタルズのISASMELT試験装置を用いて実施されました。[38]

MIMホールディングスの担当者によって実証プラントが設計され、ホーボーケン製錬所で数ヶ月間稼働しました。[57]新しい製錬所は1997年第4四半期に稼働を開始し[38]、2007年には年間最大30万トンの二次原料を処理していました。[57] ISASMELT炉の設置により、焙焼プラント、焼結プラント、2つの硫酸プラントのうち1つ、銅高炉、そしてホーボーケン製錬所の転炉4基が置き換えられました。[58]これにより、ホーボーケン製錬所の操業コストが大幅に削減されました。[48]

ユミコア社のホーボーケン工場では、単一の炉で2段階のプロセスを採用しています。第1段階では、原料を酸化して銅マットと鉛を多く含むスラグを生成します。次にスラグを取り出し、残った銅マットを粗銅に変換します。[57]その後、鉛を多く含むスラグは高炉で還元され、鉛が生成されます。一方、銅は精錬され、含まれる貴金属が回収されます。[57]

アウルビス

ドイツのリューネンにあるヒュッテンヴェルケ・カイザー製錬所は、スクラップ銅の製錬に使用されていた3基の高炉と1基のピアース・スミス転炉を置き換えるため、2002年にISASMELTプラントを設置した。[57]その後、同社はNorddeutsche Affinerie AGに買収され、 Aurubisとなった。

リューネン製錬所で採用されているプロセスは、銅含有量が1～80%の銅残渣とスクラップを炉に投入し、還元雰囲気下で溶解するというものです。これにより、「黒銅相」と低銅シリカスラグが生成されます。当初、黒銅はISASMELT炉で粗銅に変換されていました。[57]しかし、2011年に「KRS Plus」プロジェクトの一環として製錬所が拡張されました。黒銅の変換には上吹き回転転炉が使用され、ISASMELT炉は製錬モードで連続運転されています。[59] [60]

ISASMELT炉の設置により、スラグへのロスが削減され、工場全体の銅回収量が増加したほか、稼働炉数が削減され、廃ガス量も減少し、エネルギー消費量も50%以上削減されました。生産能力は当初の設計を40%上回りました。[57]

歓談師

アトランティック・コッパー

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