Vooroplopend: kopermijn in Chili en de terugwinning van warmte

Een van de kopermijnen in deze onherbergzame woestijn is de Zaldívar-mijn, gelegen op 3.300 meter boven zeeniveau, 1.400 kilometer ten noorden van Santiago en 175 kilometer ten oosten van de havenstad Antofagasta. De mijn is eigendom van en wordt geëxploiteerd door Barrick Gold Corporation, een toonaangevend mijnbouwbedrijf dat wereldwijd 27 goud- en kopermijnen exploiteert en verschillende projecten in ontwikkeling heeft.

Barrick's grootste kopermijn

Zaldívar, geopend in 1995, is Barrick’s grootste kopermijn en biedt werk aan bijna 750 mensen. Er worden conventionele open-pitmijnbouwmethoden gebruikt om puur kathodekoper te produceren. Bij een breekinstallatie wordt het erts in drie fasen gebroken en gestapeld. Hierop volgt een heap-leach-proces waarbij het koper wordt opgelost met chemische en bacteriologische middelen.

Het opgeloste koper wordt vervolgens geconcentreerd en gezuiverd in de leach-oplossingen in een solventextractie-installatie. Ten slotte produceert een electrowinning-installatie hoogwaardig kathodekoper van hoge kwaliteit.

Vanaf het begin had de electrowinning-installatie van Zaldívar een capaciteit van 125.000 ton kathodekoper per jaar. Enkele jaren geleden is de installatie aangepast om dit te verhogen tot 150.000 ton per jaar, 20 procent meer dan de oorspronkelijke ontwerp-capaciteit. Deze toename werd bereikt door de doorstroomsnelheid van de apparatuur te verhogen. In 2007 produceerde Zaldívar 143.000 ton koper.

Samenwerking met Alfa Laval sinds 1995

Het grootste deel van het verwerkte kathodekoper wordt verzonden naar Japan, China en de Verenigde Staten. Het afgelopen jaar was een van de meest uitdagende tot nu toe, omdat de stijgende benzineprijs een domino-effect had op andere productiekosten, zoals materialen, chemicaliën, transport en benodigdheden. Door de toenemende brandstofkosten en de groeiende druk om CO2-uitstoot te verminderen, is Barrick, net als veel andere bedrijven, gedwongen manieren te vinden om de operationele kosten laag te houden en efficiënter te worden.

Robert Mayne-Nicholls, onlangs benoemd tot algemeen directeur van Barrick Zaldívar, legt uit: "We willen het meest energie-efficiënte bedrijf zijn, zonder dat dit de productie beïnvloedt. Bij Zaldívar zijn we hierin geslaagd door samen te werken met Alfa Laval-technologie."

De samenwerking van Barrick Zaldívar met Alfa Laval begon toen de mijn in 1995 in bedrijf werd genomen. Destijds nam Barrick een platenwarmteterugwinningsoplossing over voor de electrowinning-installatie van Zaldívar en investeerde in 16 pakkingsplaat-warmtewisselaars van Alfa Laval voor gebruik in het koperscheidingproces.

Warmtewisselaars dragen bij aan warmte-terugwinning

De units werden geïnstalleerd in vier parallelle productielijnen en leverden een totale energie-terugwinning van 48 megawatt.

"Toen we begonnen met het gebruik van Alfa Laval-platenwarmtewisselaars, was dat een echte revolutie," zegt Nelson Valdivia, adviseur energie- en water-efficiëntie bij Zaldívar. "Ze veranderden alles door hun compacte formaat en snelle warmteoverdracht. De voordelen van onze investering in deze technologie zijn vandaag de dag nog duidelijker."

Ruben Arriagada, sales engineer bij Alfa Laval in Chili, zegt dat Zaldívar een echte pionier was. "Zaldívar was een van de eerste fabrieken die deze methode ging gebruiken," zegt hij. "Ze investeerden in warmteterugwinningstechnologie voordat het zo noodzakelijk was als nu. Als Zaldívar die investering toen niet had gedaan, zouden de kosten vandaag veel hoger zijn."

"Er is ook een ruimtebesparend voordeel, omdat de platenwarmtewisselaars slechts een fractie van de ruimte innemen van traditionele buis-in-buis-warmtewisselaars," vervolgt hij. "Ze zouden een heel voetbalveld in beslag hebben genomen."

Betrouwbaar en onderhoudsvriendelijk

Gemakkelijk onderhoud en installatie zijn andere voordelen van de Alfa Laval-apparatuur. Visuele inspecties van de warmtewisselaars worden dagelijks uitgevoerd, en onderhoud wordt jaarlijks uitgevoerd. "Wanneer we kleine aanpassingen nodig hebben, worden deze ter plaatse uitgevoerd, maar wanneer grote onderdelen zoals de frames beginnen te slijten, bellen we Alfa Laval voor technische ondersteuning en service," zegt Roberto Villalobos, onderhoudsleider en plantmanager van Barrick Zaldívar.

Hoewel de rijke elektrolytoplossing extreem corrosief is voor de apparatuur, heeft Zaldívar sinds 1995 geen enkele plaat hoeven te vervangen. De duurzaamheid van de platen is te danken aan hun kopersulfaatgehalte in combinatie met het op maat gemaakte ontwerp van de warmtewisselaars, wat helpt de corrosiviteit te minimaliseren.

Bovendien zijn Alfa Laval-warmtewisselaars betrouwbaar wanneer de natuurlijke elementen zich laten gelden. Op 14 november 2007 trof een zware aardbeving de mijnbouwregio's in het noorden van Chili, waardoor een enorme stroomuitval en een productie-uitval van 10 uur bij Zaldívar ontstond.

Toen de stroom terugkeerde, controleerde Valdivia dat de Alfa Laval-apparatuur nog steeds in orde was. "Chili en de mijnbouwregio's liggen in een seismische zone, en de funderingen van fabrieken in Chili zijn versterkt om deze aardbevingen op te vangen," zegt hij. "Verbaasd genoeg bleven de warmtewisselaars werken alsof er niets was gebeurd."

Vertrouwde partner: Alfa Laval

Valdivia was al goed bekend met Alfa Laval toen hij zes jaar geleden bij Zaldívar begon. "Ik had eerder ervaring met succesvolle samenwerking met Alfa Laval bij een andere fabriek in Chili," zegt hij. "Alfa Laval is in de hele mijnbouwsector bekend om hun bewezen energieterugwinning."

Ruben Arriagada van Alfa Laval bezoekt regelmatig de Zaldívar-mijn. "Ik wil ervoor zorgen dat we de best mogelijke energieterugwinning leveren," zegt hij. De noodzaak voor energie-efficiëntie is groter dan ooit, aangezien de energiekosten blijven stijgen. Mayne-Nicholls zegt dat de komende drie jaar een energie-uitdaging zullen zijn voor alle industrieën, inclusief de mijnbouw. De energieterugwinningsdoelen van Zaldívar maken deel uit van een visie die de algehele energieconsumptie en schadelijke emissies moet verlagen, terwijl het productietempo behouden blijft.

"Werken met Alfa Laval-technologie is een win-win situatie," zegt Mayne-Nicholls. "Hun platenwarmteterugwinning helpt ons die doelen te bereiken." Maar er is nog meer te bereiken. "We bevinden ons in een situatie waarin industrieën wereldwijd hun energieverbruik moeten minimaliseren," zegt Mayne-Nicholls, "en we staan altijd open voor nieuwe technologieën om onze energie-efficiëntie nog verder te verhogen." Zaldívar en Alfa Laval onderzoeken nu toekomstige manieren om samen te werken aan energieterugwinning en het verlagen van de totale kosten.

 Een winnend proces in warmteterugwinning

Zaldívar gebruikt 16 Alfa Laval-platenwarmtewisselaars om warmte terug te winnen bij electrowinning, de laatste stap in het koperscheidingproces. Nadat het erts is gebroken, wordt het gelegeerd met zwavelzuur, dat het koper in het erts oplost. De oplossing wordt gewassen met een organisch oplosmiddel om onzuiverheden te verwijderen. Na het wassen wordt het organische oplosmiddel verwijderd en teruggevoerd naar het wasgedeelte. De overgebleven oplossing, die uit koper en zuur bestaat, wordt "rijke elektrolyt" genoemd.

De rijke elektrolyt wordt in tanks geplaatst en er wordt een elektrische stroom door twee elektroden geleid – een positieve anode en een negatieve kathode. Koper wordt aangetrokken door de elektrische stroom en afgezet op de kathode. De overgebleven oplossing, die arm is aan koper, wordt teruggevoerd naar de leaching-stap. Onderweg verwarmt de arme elektrolyt de rijke elektrolyt voor met behulp van Alfa Laval-warmtewisselaars.

Betrouwbare Alfa Laval-warmtewisselaars draaien 24 uur per dag 

Zaldívar gebruikt vier lijnen met elk vier Alfa Laval MX25-platenwarmtewisselaars. Daarnaast heeft Zaldívar een Alfa Laval M10-warmtewisselaar die de rijke elektrolyt verwarmt met water aan het einde van het proces. De warmtewisselaars zijn 24 uur per dag in gebruik.

"De units zijn zeer betrouwbaar," zegt Roberto Villalobos, onderhoudsmanager bij Zaldívar. "Ze draaien zonder grote problemen sinds we ze in 1995 zijn gaan gebruiken." Dankzij de warmtewisselaaroplossing wint Zaldívar 48 megawatt warmte terug. Dit vertaalt zich in kostenbesparingen van ongeveer 4,6 miljoen dollar per jaar. Bovendien vermindert het de CO2-uitstoot van de fabriek met bijna 66 ton per jaar. Bovendien nemen de platenwarmtewisselaars veel minder ruimte in dan traditionele buis-in-buis-warmtewisselaars.

De units zijn ontworpen om fysiek onderhoud zo eenvoudig mogelijk te maken. De 16 units werken in vier productielijnen en hangen aan een draagbalk, ondersteund door een geleiderail. "Dit maakt mijn werk gemakkelijk," zegt Villalobos. "Omdat slechts één warmtewisselaar tegelijk hoeft te worden gestopt, beïnvloedt dit de totale productie nauwelijks."