Diseño de un sistema para la valorización energética, ambiental y económica del calor residual de la escoria en Cerro Matoso

Abstract

En Colombia existen 6 depósitos de níquel, entre los cuales Cerro matoso S.A. se encuentra en el depósito ubicado en Córdoba, la cual es una de las compañías en el sector minero-industrial de Colombia que se encarga de la producción de níquel contenido en ferroníquel. En Colombia los yacimientos de níquel son alrededor de 100 millones de toneladas, aunque solo contienen entre 1 a 2% de Ni. A causa de esto, a la salida de los hornos de fundición al obtener el producto de ferroníquel, se obtiene en conjunto una gran cantidad de escoria compuesta de otros elementos presentes como impurezas en el mineral. Esta escoria se separa del ferroníquel a la salida del horno en forma líquida (cerca de los 1400°C) para luego ser enfriada disipando su energía en el ambiente y siendo almacenada en vertederos. Esto representa para la compañía un gasto y trae como consecuencia problemas ambientales por la gran cantidad de escoria que se desecha. En base a un trabajo pasado sobre el diseño de un sistema capaz de aprovechar el calor residual de la escoria a la salida de los hornos, este proyecto tiene como objetivo el análisis energético, económico y ambiental de dos alternativas de diseño del sistema de aprovechamiento del calor residual, las cuales plantean por un lado una generación única de energía eléctrica, mientras que por el otro lado una cogeneración, transformando una parte de la energía recolectada en electricidad y otra usándola en forma de calor en procesos de secado del mineral laterítico dentro de las etapas de producción de ferroníquel. Como conclusión, en base a las simulaciones y cálculos realizados, se determinó que la cogeneración permite un mayor beneficio económico, energético y ambiental que la alternativa de generación única de electricidad. Para los cálculos en detalle, se recomendaron equipos específicos de proveedores confiables, lo que a su vez permitió una estimación de costos del diseño del sistema de aprovechamiento de calor propuesto.

In Colombia there are 6 nickel deposits, among which Cerro matoso S.A. is located in the deposit located in Córdoba, which is one of the companies in the mining and industrial sector of Colombia that is responsible for the production of nickel contained in ferronickel. In Colombia, nickel deposits are around 100 million tons, although they only contain between 1 and 2% of Ni. Because of this, at the outlet of the smelting furnaces when the ferronickel product is obtained, a large amount of slag composed of other elements present as impurities in the ore is obtained together. This slag is separated from ferronickel at the outlet of the furnace in liquid form (about 1400°C) and then cooled by dissipating its energy in the environment and being stored in landfills. This represents an expense for the company and brings environmental problems due to the large amount of slag that is discarded. Based on a past work on the design of a system capable of taking advantage of the waste heat of the slag at the exit of the furnaces, this project aims at energy analysis, economic and environmental alternatives for the design of the waste heat system, which, on the one hand, involve a single generation of electrical energy, while on the other hand, cogeneration, transforming one part of the collected energy into electricity and another using it as heat in processes of drying the lateritic mineral within the ferronickel production stages. In conclusion, based on the simulations and calculations carried out, it was determined that cogeneration allows a greater economic, energy and environmental benefit than the alternative of single generation of electricity. For the detailed calculations, specific equipment from reliable suppliers was recommended, which in turn allowed a cost estimate of the design of the proposed heat harvesting system.