Por: Enrique Herrera Alarcón y Manuel Munguía Aguirre, Fundición Ilo, Southern Perú.

Resumen

La fundición de cobre de Ilo de Southern Perú, arrancó sus operaciones en 1960 con el proyecto Toquepala, en 1976 se expandió con el proyecto Cuajone, y en 1995 inició su proceso de modernización con la implementación de un convertidor Teniente y plantas de ácido sulfúrico y de oxígeno para reducir las emisiones gaseosas de dióxido de azufre al ambiente. 

En el 2007 se comisionó el proyecto de modernización de la fundición de Ilo, con la implementación de un horno de fusión Isasmelt en reemplazo de los hornos reverbero y convertidor Teniente, y plantas adicionales de ácido sulfúrico y de oxígeno de mayor capacidad con el fin de capturar el azufre de los concentrados por encima del 92%, y se constituyó en el proyecto ambiental con la mayor inversión desarrollada en la historia del país. 

El presente trabajo describe los resultados más significativos, derivados de la implementación de este proyecto tanto en el aspecto ambiental como operacional y sus perspectivas a futuro con el objetivo de asegurar la sustentabilidad de su continuidad operativa y de su significativo aporte a la economía para el desarrollo de la región y del país.

Introducción

La fundición de Ilo de Southern Perú, inicia sus operaciones en 1960 procesando los concentrados de cobre de la mina Toquepala, con la operación de dos hornos reverbero, cuatro convertidores Peirce Smith y una planta de moldeo de cobre blíster. 

En 1976 se amplió con el proyecto Cuajone, implementándose dos nuevos hornos reverbero de mayor capacidad dejando fuera de operación uno de los hornos antiguos, y se implementaron tres convertidores Peirce Smith y una planta de moldeo de blíster.

En 1975 la empresa estatal Minero Perú comisiona la refinería de cobre de Ilo para refinar el cobre blíster producido en la fundición y para producir cobre catódico.  

En 1995 y en respuesta al acuerdo de bases entre el gobierno peruano y Southern Perú Cooper Corporation (SPCC) se inicia un plan de reducción de emisiones gaseosas de dióxido de azufre (SO₂), instalando un convertidor Teniente en reemplazo de un horno reverbero, y asociado a la implementación de plantas de ácido sulfúrico y de oxígeno. 

En 1998 la planta de ácido fue expandida para captar el 100% de gases del convertidor Teniente y producir 300,000 TM por año de ácido sulfúrico, llegando a una captura de azufre de los concentrados procesados en la fundición de aproximadamente 35%. En ese mismo año, la refinería de cobre de Ilo es adquirida por Southern Perú.

En febrero del 2007 y en cumplimiento del Programa de Adecuación de Manejo Ambiental (PAMA) se comisionó el proyecto de modernización de la fundición de Ilo con una capacidad anual de fusión de 1.2 millones de TM de concentrados de cobre, con la implementación de un nuevo horno de fusión Isasmelt en reemplazo de dos hornos reverbero y un convertidor Teniente existentes, además de nuevas plantas de ácido sulfúrico y de oxígeno de mayor capacidad, con el objetivo ambiental de lograr una captura de azufre del 92%. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo de la fundición modernizada de Ilo.

Esta modernización representó un costo de aproximadamente US$ 600 millones, constituyéndose en el proyecto ambiental con la mayor inversión desarrollada en la historia del país, y determinó la mejora significativa de la calidad de aire de la ciudad de Ilo, asegurando la continuidad operativa tanto de la fundición como también de la refinería de cobre, y de su significativo aporte a la economía para el desarrollo de la región y del país.

Por otra parte, también representó un alto desafío para todo el equipo de colaboradores de la fundición, por el gran salto tecnológico en el proceso de fusión de concentrados, la nueva operación/mantenimiento del horno Isasmelt y de sus equipos asociados, y de las plantas de producción de ácido sulfúrico y de oxígeno de gran capacidad. 

En la minería de cobre en el país, Southern Perú es actualmente la única empresa que opera también una fundición y refinería de cobre, y en este mundo globalizado compite con las fundiciones de otros países y, principalmente, con las plantas de China que tienen altos niveles de competitividad, y con sus tecnologías eficientes y soporte de su gobierno, han aumentado sus capacidades para producir todo el cobre refinado requerido internamente, convirtiéndose en actores de primer orden en el mercado y con una alta influencia en la determinación de los TC/RC a nivel mundial. 

Descripción del nuevo proceso de fusión de concentrados

Con la modernización de la fundición se implementó un horno de fusión de concentrados de tecnología de “fusión en baño” denominado horno Isasmelt en reemplazo de dos hornos reverbero, y un convertidor Teniente por un solo horno, con el objetivo de lograr una alta concentración de SO₂ en los gases de proceso (27% SO₂ versus 4% SO₂ de los hornos reverbero) para posibilitar su transformación en ácido sulfúrico (H₂SO₄) y conseguir una fijación del azufre contenido en los concentrados de cobre por arriba del 92%.

Este horno de fusión es un reactor cilíndrico vertical de 4.4 m. de diámetro y 14.6 m. de altura, revestido interiormente de ladrillos refractarios. Por su parte superior se alimenta la carga húmeda (concentrados, fundentes y material recirculante), y se introduce una lanza por la que se inyecta aire enriquecido con oxígeno (70% O₂), cuya punta va inmersa dentro de la del baño fundido, originando una alta turbulencia del baño por las reacciones instantáneas del oxígeno con los componentes sulfurados de cobre y fierro, produciéndose dos fases fundidas de mata y escoria, y gases de proceso que son evacuados del horno por la parte superior hacia un caldero de recuperación de calor. Los gases tras ser enfriados pasan por un electro precipitador donde se recupera su contenido de polvo y, posteriormente, se mezclan con los gases de los convertidores para luego ser conducidos a las plantas de ácido con una concentración de SO₂ entre 10 y 12% para posibilitar su conversión en óxido de azufre (SO₃) y posterior transformación en ácido sulfúrico.

La mata se procesa en convertidores donde se produce cobre blíster que se refina en los hornos y en los que se produce el cobre anódico y que luego se moldea en barras para su electro refinación en la refinería de cobre.

El esquema de la Figura 2 muestra el control del proceso del horno Isasmelt a través de equipos instrumentados altamente automatizados, y gobernados por un sistema de control distribuido (DCS). 

Desempeño/resultados de la nueva fundición

Aspecto ambiental

Como se mencionó anteriormente, la modernización de la fundición fue principalmente un proyecto ambiental, con el objetivo de mejorar la calidad de aire de la ciudad de Ilo al reducir sustancialmente la emisión de gases sulfurosos y cumplir con una captura de azufre mayor al 92%, objetivo que se ha cumplido desde el inicio de sus operaciones en 2007, como se muestra en la Figura 3.

El reemplazo de los hornos reverbero por la operación del nuevo Isasmelt para la fusión de concentrados, también representó una reducción en aproximadamente 85% del consumo de petróleo industrial, como se muestra en la Figura 4, lo cual significó que se dejen de emitir aproximadamente 0.4 millones de TM por año de CO₂, mejorando sustancialmente la huella de carbono.

La implementación de las plantas de ácido y oxígeno y otros equipos requeridos para posibilitar la fijación de azufre determinó por otra parte, un mayor consumo de energía eléctrica en la operación de la nueva fundición, como se presenta en la Figura 5, y en la que se muestra que el consumo de energía se incrementó por alrededor del 220%.

En el 2019 se comisiona el proyecto de “Up grade” de la planta de ácido sulfúrico N° 1, como se muestra en la Figura 6, a doble contacto y doble absorción a fines de reducir las emisiones de SO₂ de esta planta, lográndose también un incremento de la capacidad de procesamiento de gases de proceso y en consecuencia de la capacidad de fusión de concentrados.

A fines de ese año también se comisiona y se pone en operación el nuevo sistema de limpieza de gases de proceso de los hornos de Afino, como se observa en la Figura 7. Este fue un proyecto ambiental con el objetivo de reducir la emisión de particulado (<40 mg / Nm³) como también la emisión de SO₂ (<600 ppm SO₂). Con la implementación de estos nuevos equipos se tuvo un mayor consumo de energía eléctrica en la fundición.

Desempeño operativo

La nueva fundición de Ilo inició sus operaciones en febrero de 2007, y luego de un proceso de ramp up de este gran proyecto, se tuvo un incremento sostenido de la fusión de concentrados de cobre, y producciones cupríferas y de ácido sulfúrico, como resultado de un progresivo aprendizaje y adquisición de experiencia, tanto en los aspectos operativos como de mantenimiento con los procesos y equipos de la nueva tecnología, como se muestran los resultados de la Figura 8. 

Cabe precisar que cada dos años se realiza la renovación del ladrillo refractario del horno y junto con ello el mantenimiento mayor de todos los equipos de la fundición, lo que incluye la mantención de las plantas de ácido y oxígeno por aproximadamente 28 a 30 días en promedio, y que explica las disminuciones periódicas mostradas en la Figura 8.

También cabe precisar que en 2020 y a pesar de las limitaciones generadas por la pandemia del COVID-19, la fundición de Ilo alcanzó un récord anual de fusión de concentrados, superando su capacidad nominal de diseño de 1.2 millones de TM por año, como también de las producciones de cobre y de ácido sulfúrico.

La Figura 9, nos muestra la utilización operativa del horno Isasmelt, durante los 15 años de operación, en la que la utilización promedio en los últimos 5 años es de 88.8%, versus un 87.6% de diseño.

La Figura 10 nos muestra las causas principales de detenciones de planta en los últimos 10 años, donde se identifica al caldero del horno Isasmelt como equipo crítico por la frecuente rotura de tubos y su respectiva reparación.

Costos de operación

Uno de los principales indicadores de desempeño es el costo unitario de fusión siendo el costo promedio en los últimos 5 años de 19 ¢USD/lbCu, como se muestra e la Figura 13. 

El mayor costo unitario obtenido en los años 2012 y 2014 se explica principalmente por la menor producción de cobre debido a la ejecución del mantenimiento mayor de la fundición y sus costos asociados y la menor disponibilidad de equipos importantes como son el caldero y las plantas de ácido. 

La Figura 14 muestra la distribución de las naturalezas de costos, en las que luego de los costos indirectos y de mano de obra, la energía eléctrica y de combustibles son los costos más importantes. 

Mejora continua / innovación tecnológica

Uno de los principales objetivos del equipo de fundidores es la mejora continua de los procesos y operaciones y merece mencionarse la optimización de la química de la escoria del horno Isasmelt, al eliminar el requerimiento del óxido de calcio como fundente (conchuela CaCO₃) considerado en la ingeniería de diseño del horno Isasmelt, fundamentado en la alta interacción química del óxido de calcio (CaO) con la sílice (SiO₂), que también se adiciona al horno como fundente para controlar la formación de magnetita. 

La Figura 11 muestra los resultados de la disminución progresiva de la adición de CaCO₃ al horno Isasmelt hasta su suspensión total, determinando un menor requerimiento de sílice (menor relación SiO₂/Fe), y demostrando la interacción de la sílice con el óxido de calcio. 

En la Figura 12, se muestra que, con la reducción y suspensión de la adición de CaO al horno, se logra una menor formación de magnetita y un menor contenido de cobre en las escorias del horno.

Esta mejora en la química de la escoria permitió un menor consumo y costo de fundentes (conchuela y sílica), una menor pérdida de cobre tanto en contenido (menor masa de escoria) como en calidad. Además de lograr un importante ahorro en el costo operativo, se obtuvo una mejora ambiental al dejar de emitir 0.07 millones de TM de CO₂ por año, al prescindir del uso de conchuela (CaCO₃).

Aporte al desarrollo local y nacional

La presencia de Southern Perú en Ilo hace 63 años significó un salto significativo al desarrollo de esta ciudad, donde las principales industrias consistían en: una fábrica de jabones, aceites y conservas (Pacocha) y una fábrica de industrialización de pescado (Episa), además de la cosecha de aceitunas del valle de Ilo. En ese entonces, además de la fundición de Ilo, se implementó un muelle, el ferrocarril industrial, una planta de generación de energía eléctrica y campamentos mineros.

En 1975, se instaló una refinería, en ese entonces perteneciente a la empresa estatal Minero Perú, para brindar un mayor valor agregado al cobre producido. La producción y disponibilidad de cobre electrolítico de alta pureza también impulsó el desarrollo de la industria nacional, actualmente un 20% de la producción de cátodos de Southern Perú se deriva a la industria nacional.

En la actualidad, la fundición asociada a la refinería de cobre, y otras áreas de soporte de la unidad operativa de Ilo, brindan aproximadamente 1,500 empleos directos, esto es un 30% de la fuerza laboral de la empresa. Lo que significa la generación de empleos indirectos, beneficiando significativamente al desarrollo de la ciudad de Ilo.  

Indicadores socioeconómicos de Ilo

Según el INEI, en 2020 Moquegua posee el producto bruto interno per cápita más alto a nivel nacional, superando ampliamente a los departamentos del sur del Perú y no se vio afectado por la pandemia.

Según un estudio (Municipalidad Provincial de Ilo, 2015) la actividad minera y metalúrgica principalmente ligados a las operaciones de Southern Perú concentran el 61% de participación en el producto bruto interno.

Según el portal de Seguimiento de la Ejecución Presupuestal (Ministerio de Economía y Finanzas, 2022), la Municipalidad Provincial de Ilo recibirá más de S/ 43 millones para el 2022 por concepto de Canon Minero, ello representa el 34.2% de su presupuesto total.

El cálculo del Índice de Desarrollo Humano (IDH) realizado el 2019 sugiere que la provincia de Ilo se encuentra dentro de los tres primeros lugares a nivel nacional (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, 2019). Cabe mencionar que para este cálculo se revisan los indicadores de educación, esperanza de vida e ingresos.

Perspectivas a futuro

Actualmente Southern Perú es la única empresa minera en el país que opera también una fundición y refinería de cobre, y si bien es cierto en la región tenemos a las fundiciones de Chile, competimos principalmente con las de China que tienen altos niveles de competitividad por sus tecnologías eficientes, alta capacidad de sus fundiciones y/o bajos costos de operación, y se han convertido en actores de primer orden en el mercado, e influyen fuertemente en la determinación de los TC/RC a nivel mundial.

El alto nivel de competitividad de las fundiciones chinas nos desafía a una mejora continua en elevar la productividad y/o reducir costos de operación para asegurar la sostenibilidad de la continuidad operativa de la fundición, lo que también implica a la refinería. 

Uso del gas natural de la fundición

Para el 2023 se planea culminar el proyecto para reemplazar el consumo de petróleo industrial y diésel en los hornos de la fundición por gas natural, lo que representa una inversión aproximada de US$ 8 millones. Con la implementación de este proyecto se espera una significativa mejora ambiental al reducir la emisión de gases de efecto invernadero en aproximadamente 0.02 millones de TM de CO₂ por año. 

Generación de energía eléctrica por vapor saturado

Para 2024 se planea comisionar una turbina para generar aproximadamente 10 MW por el uso de vapor saturado generado en el caldero de recuperación de calor del horno Isasmelt. Esta generación de energía eléctrica representa aproximadamente un 25% del consumo en la fundición y se espera reducir su costo en 25%. La inversión estimada para este proyecto es de US$ 17 millones. 

Ampliación de la fundición de Ilo

Uno de los principales desafíos planteados en el plan estratégico de la Dirección General de Operaciones de Southern Perú, es la ampliación de la capacidad anual de fusión de la fundición de 1.2 millones de TM a 2.2 millones de TM de concentrados de cobre fundidos, con el objetivo de procesar el total de los concentrados propios, como también de terceros.

La alta experiencia adquirida en las operaciones de fundición y refinería de cobre, las facilidades existentes, la disponibilidad de tecnologías de punta con bajos costos de operación, su posible integración con los hornos/equipos de la actual fundición, y los siguientes indicadores de beneficio hacen viable este proyecto para Southern Perú:  

ν Beneficio del actual alto precio del cobre, plata y oro, al lograr altas recuperaciones.

ν Ingresos por los premios a los cátodos de alta calidad.

ν Ingresos por la venta del ácido sulfúrico.

ν Penalidades por las impurezas de los concentrados, especialmente de los contenidos de arsénico en concentrados de terceros.

ν Diferencia de fletes (cátodos versus concentrados).

Con la ampliación de la fundición se espera llegar a un costo operativo de aproximadamente 11.5 cUS$/lbCu, lo que nos posicionaría dentro del primer cuarto de costos más bajos de fundiciones de acuerdo con la encuesta Brook Hunt de 2012, y en los últimos años nos encontramos con un costo promedio de 19 cUS$/lbCu.

Conclusiones

1. La modernización de la fundición de Ilo cumplió con el objetivo ambiental de mejorar la calidad de aire de la ciudad de Ilo al lograr una captura de azufre superior al 92% comprometido en el PAMA. 

2. Adicionalmente se tuvo una significativa disminución de la emisión de CO₂ al dejar de consumir combustible fósil con el aprovechamiento del combustible contenido en los concentrados por el uso de tecnología de punta.  

3. La mejora de la calidad de aire significó una mayor aceptación de la comunidad, la continuidad operativa de la fundición y de la refinería de cobre, y de su significativo aporte a la economía y al desarrollo de la ciudad de Ilo como también del país.

4. En cuanto al desempeño operativo, en los últimos años se logró superar la capacidad de fusión nominal de diseño y de producción de cobre y de ácido sulfúrico, y con una tendencia a seguir mejorando.  

5. Desde que estamos en un mundo globalizado y con la alta competencia de las fundiciones chinas, para un desarrollo sostenible de las operaciones de Ilo, el equipo de fundidores y de áreas de soporte se encuentra en un proceso de mejora continua con la finalidad de incrementar la productividad y reducir costos de operación, a través de nuevos proyectos y soportado por la experiencia y talento de nuestros recursos humanos y manteniendo la licencia social otorgada por la comunidad que nos rodea, con mayor relacionamiento con las comunidades de influencia y muy respetuosos en mantener la seguridad de nuestro personal, el cuidado del medio ambiente y requisitos legales de la autoridad. 

Agradecimientos

Los autores agradecen a Southern Perú por haber hecho posible el desarrollo y publicación del presente trabajo. 

Bibliografía

Herrera, E., & Mariscal, L. 2010. Changes in the ISASMELT Slag Chemistry at Southern Peru Ilo Smelter., Volume II - Pyrometallurgy I. Hamburg, Germany.

Herrera, E., & Mariscal, L. 2012. Influence of The CaO, Al2O3 and Fe3O4 content in the slag of the ISASMELT Slag Chemistry at Southern Peru Ilo Smelter. 51st Annual Conference of Metallurgists. Niagara Falls, Ontario.

Instituto Nacional de Estadística e Informática. 2020. PERÚ: Producto Bruto Interno por Años, según Departamentos. 

Ministerio de Economía y Finanzas. 2022. Seguimiento de la Ejecución Presupuestal (Consulta amigable). Obtenido de https://www.mef.gob.pe/es/?option=com_content&language=es-ES&Itemid=100944&lang=es-ES&view=article&id=504

Municipalidad Provincial de Ilo. 2015. Plan de Desarrollo Económico Local y de Promoción de la Competitividad de sus micro y pequeñas empresas. Ilo, Moquegua.

Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. 2019. Unidad del Informe sobre Desarrollo Humano Perú.