nuevas tendencias de clasificación en el procesamiento de minerales

NUEVAS TENDENCIAS DE CLASIFICACIÓN
EN EL PROCESAMIENTO DE MINERALES
Quito, Ecuador
Febrero 2003
Juan Luis Bouso
ERAL, Equipos y Procesos, S. A.
[email protected]
NUEVAS TENDENCIAS DE CLASIFICACIÓN
EN EL PROCESAMIENTO DE MINERALES
Quito, Ecuador
Febrero 2003
ÍNDICE
1. RESUMEN
2. INTRODUCCIÓN
3. EQUIPOS
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Diseño
Geometría
Materiales constructivos
Simulación, Evaluación y Control de la operación
4. PROCESOS
4.1. Molienda
4.1.1. Vía Seca
4.1.2. Vía Húmeda
4.2. Fraccionamiento
4.3. Relaves
5. CONCLUSIONES
6. BIBLIOGRAFÍA
Juan Luis Bouso
ERAL, Equipos y Procesos, S. A.
[email protected]
1
1.
RESUMEN
Se pretende con este trabajo presentar las novedades y tendencias actuales de
clasificación en el procesamiento de minerales, entendiendo ésta como la
separación de partículas finas suspendidas en un medio fluido, diferenciándola
así del cribado que no es el objeto de esta presentación.
En las operaciones de clasificación de minerales, el equipo básico es el
hidrociclón, y a él básicamente se refiere esta presentación. En los últimos
años pocos cambios ha habido, pudiendo afirmarse que las novedades han
sido mínimas en lo que atañe a los equipos empleados, centrándose estas
principalmente, en alternativas y modificaciones de los diferentes procesos
unitarios.
La tendencia, para hacer frente a la situación actual, es incrementar la
capacidad de tratamiento y reducir en lo posible el tamaño de corte de los
hidrociclones. Para ello se ha mejorado el diseño hidráulico de las diferentes
partes que lo componen, y se han introducido cambios en su geometría. Ha
habido notables avances en los materiales constructivos empleados,
especialmente en el uso de elastómeros sintéticos y materiales cerámicos o
compuestos cerámico-metálicos, y finalmente los mayores avances se han
logrado mediante la incorporación de la informática al estudio y control de la
clasificación.
Nuevas tendencias en busca de la máxima eficacia pueden observarse en los
propios procesos de clasificación, surgiendo nuevas alternativas a los circuitos
clásicos de molienda, así como a la clasificación previa a las etapas de
concentración propiamente dichas, y a las etapas finales de clasificación de los
relaves.
La capacidad diaria de las nuevas plantas ha pasado de decenas de miles a
centenas de miles de toneladas. La vida de los yacimientos será muy corta, y
se crearan nuevos núcleos de población, donde antes solo había naturaleza.
¡Ojala! no estemos paliando un problema social, generando otro mayor a largo
plazo.
2
2.
INTRODUCCIÓN
Se entiende por clasificación el proceso de separación de partículas en función
de su tamaño realizado en un medio fluido, es decir cuando las partículas
sólidas se encuentran suspendidas en un medio, bien liquido o gaseoso,
generalmente agua y aire respectivamente. Dicho proceso, para mayor
exactitud, no se basa realmente en la diferencia de tamaño de las partículas,
sino en su diferencia de peso, lo que en términos académicos se conoce como
separación isodrómica.
El proceso de separación de partículas en función de su tamaño, se conoce
usualmente como cribado y en general se refiere a la separación de partículas
de tamaños superiores a 1 mm o 2 mm.
En los procesos vía húmeda los equipos de clasificación más empleados son
los hidroclasificadores e hidrociclones. Este trabajo por motivos de tiempo y
espacio, se refiere exclusivamente a estos últimos. Los hidroclasificadores son
empleados principalmente en el tratamiento de minerales industriales no
metálicos, como el cuarzo, feldespato, etc., y en ocasiones en la concentración
de minerales pesados como el estaño, wolframio, etc.
En los procesos vía seca la clasificación no se realiza con ciclones, siendo
estos exclusivamente empleados como captadores, bien aislados o en conjunto
con filtros de mangas. La clasificación misma se lleva a cabo con equipos
llamados separadores, que en función del tamaño de separación pueden ser
estáticos o dinámicos.
Los procesos en vía seca son, tanto en numero de instalaciones como en
tonelaje tratado, menos frecuentes que los de vía húmeda, excepción hecha de
la industria singular del cemento.
Como quiera que está de actualidad la molienda ultrafina vía seca de minerales
no metálicos o industriales, hemos creído conveniente hacer una breve reseña
a estos circuitos que emplean separadores dinámicos con los cuales se
consiguen finuras de hasta 5 micras, muchísimo mas elevadas que en la
molienda vía húmeda. Estos separadores son desgraciadamente poco
3
conocidos por los metalurgistas, más en contacto con los minerales metálicos,
razón de más para hacer una breve mención de ellos.
Las nuevas tendencias en la clasificación se centran principalmente en mejoras
en el diseño y geometría de los equipos, así como en el empleo de los nuevos
materiales constructivos aparecidos en los últimos años, especialmente
cerámicos. Mención aparte merece la introducción masiva de la informática y la
electrónica para la automatización, evaluación y control de la clasificación.
Nuevas ideas surgen cada día tratando de optimizar los diferentes procesos,
habiendo aparecido alternativas o variantes a los circuitos de molienda sin
cambios de los equipos principales, los molinos, en base a modificaciones en
las etapas de clasificación. También la separación en distintas fracciones,
previa a las etapas de concentración, supone una mejora, tanto desde el punto
de vista metalúrgico como económico. Finalmente la presión mundial para
evitar la degradación del medio ambiente esta obligando al tratamiento de los
relaves generados en el tratamiento de los minerales; la clasificación juega un
papel de importancia en este proceso.
4
3.
EQUIPOS
Los equipos de clasificación se han nutrido de los avances en los diferentes
campos de la industria, por un lado en lo que se refiere a los materiales
constructivos, especialmente las nuevas cerámicas, llamadas de alta
tecnología para diferenciarlas de las clásicas empleadas en las industrias
eléctricas y de construcción, y por otro lado de la espectacular evolución de la
industria informática, tanto en lo referente a las potentes herramientas de
evaluación y simulación, basadas en modelos matemáticos teórico-empíricos,
como a los nuevos sistemas de diseño mecánico CAD-CAM incluyendo los
programas de análisis por elementos finitos, figura 1.
Figura 1: Análisis por elementos finitos de entrada hidrociclón y ensayo destructivo.
3.1 Diseño
Buscando aumentar la capacidad y eficiencia de los hidrociclones, se han
introducido mejoras en el diseño hidráulico de las diferentes partes,
principalmente en la entrada tangencial, tobera de rebose (vortex) y boquilla
(ápex), tratando de reducir la fricción y las turbulencias originadas por la pulpa
a su paso por el hidrociclón.
Las secciones de paso rectangulares, de la tobera de alimentación, han
demostrado su superioridad frente a la clásica sección circular, al lograr un flujo
laminar de las corrientes de alimentación, antes de su intersección con el
cuerpo cilíndrico. Al mismo tiempo, el diseño en involuta supone una
5
disminución de las turbulencias en esta zona critica del hidrociclón donde se
originan las corrientes de separación, figura 2.
Figura 2: Diseño CAD de entrada tangencial de hidrociclón
Ambos efectos se traducen en un aumento de la capacidad de tratamiento,
expresado como caudal de pulpa admitido por el equipo, junto con una mejora
de la eficiencia con respecto a los diseños convencionales. A igual presión de
operación, los hidrociclones de nueva generación tratan mayores caudales, lo
que significa un menor numero de unidades en operación, figura 3.
Figura 3: Curvas comparativas de caudal en hidrociclones
Además la reducción de las turbulencias ha significado una mayor eficiencia
que se traduce en separaciones con menor dispersión de tamaño en los
productos obtenidos, fracciones gruesa y fina.
6
En la etapa de diseño, los programas de simulación de movimiento de fluidos
que permiten “visualizar” las trayectorias teóricas de las corrientes internas del
hidrociclón en diferentes condiciones de trabajo, han jugado un papel
importantísimo. Esto ha permitido optimizar el diseño de algunas partes
esenciales del hidrociclón, eliminando o reduciendo las zonas criticas que
originaban
turbulencias.
No
obstante
se
siguen
empleando
modelos
transparentes para comparar la realidad con los simuladores.
3.2 Geometría
Las nuevas exigencias han obligado a cambios significativos en la geometría
de los hidrociclones. Esto es aplicable tanto a los circuitos de molienda y
remolienda, como a los circuitos de separación lamas-arenas previos a las
etapas de flotación, y a la clasificación de relaves para relleno hidráulico.
En el caso concreto de los circuitos de molienda Semiautógena SAG, la
fracción fina obtenida de la criba instalada a la salida del molino SAG, junto con
la descarga del molino de bolas secundario, debe ser clasificada para cerrar el
circuito con el molino de bolas, figura 4.
Figura 4: Circuito de molienda semiautógena SAG - BOLAS
7
Los circuitos de molienda Autógena AG, a veces pueden ser ligeramente
diferentes, figura 5.
Figura 5 Circuito de molienda autógena AG
La clasificación, dados los grandes tonelajes de tratamiento, se realiza con
varios hidrociclones de gran diámetro formando enormes baterías. El tamaño
máximo de partícula que reciben estos ciclones llega en ocasiones hasta
12 mm, por lo que para evitar obstrucciones, las toberas de alimentación deben
tener una gran sección de paso, y consiguientemente para asegurar un corte
fino deben ser combinadas con toberas de rebose de pequeñas dimensiones.
Además, dado el tamaño de las partículas, los materiales constructivos deben
resistir no sólo la erosión, sino los cortes e impactos creados por las partículas
gruesas y eventuales trozos de bolas.
Los hidrociclones comúnmente empleados son de 625 mm de diámetro o
mayores, aunque en ocasiones dependiendo del tamaño de corte pueden ser
de 500 mm. Últimamente se están empleando hidrociclones de mayor diámetro
y capacidad, buscando reducir el número de unidades en operación, aunque
lógicamente el tamaño de corte resulta ser más grueso de lo deseado, y ello
afecta negativamente a los procesos posteriores de concentración.
8
Los tamaños de separación requeridos en la molienda son muy diferentes de
los que demanda una clasificación de relaves, o una flotación, variando desde
100-300 micras, hasta 10-50 micras. Si el tamaño de corte es diferente, el
tamaño de las partículas de alimentación es obviamente también distinto, y en
buena lógica la geometría o más concretamente la configuración del hidrociclón
no debería ser la misma en un caso que en otro. Tratando de generalizar; lo
que no siempre es correcto; hidrociclones de grandes dimensiones se emplean
para cortes y tamaños de partículas grandes, mientras que los de pequeño
diámetro son usados para el tratamiento de partículas finas.
La configuración del hidrociclón, en cuanto a la sección de la tobera de
alimentación, proporciones de las zonas cilíndrica y cónica, ángulo del cono y
relación de diámetros de toberas de alimentación y rebose, debe ser distinta
para las diferentes aplicaciones, y es recomendable poder disponer del mayor
numero posible de combinaciones para adaptarse a las diferentes necesidades.
En ocasiones esta versatilidad permite operar con el mismo diámetro de
hidrociclón pero con diferente configuración, por ejemplo en circuitos de
molienda clasificando a 150 micras y en clasificación de relaves a 30 micras,
figura 6.
Figura 6: Diferentes configuraciones de hidrociclón
9
3.3 Materiales constructivos
A mediados de los años 70 se desarrollaron nuevos elastómeros conocidos
como Poliuretanos, los cuales han evolucionado imponiéndose en nuestros
días como el mejor material resistente a la erosión causada por las partículas
finas. En los últimos diez años se han desarrollado elastómeros sintéticos de
gran resiliencia muy resistentes a la abrasión causada por las partículas
gruesas, de buen comportamiento, inclusive, frente a cortes y desgarros.
Sin lugar a duda el mayor avance se ha producido en la adopción de “nuevos”
materiales cerámicos, tanto los de alto contenido de alúmina, como los de
carburo silicio tratado, comúnmente conocidos como Carborundum o Refrax.
Además
nuevos
compuestos
cerámico-metálicos
se
han
mostrado
especialmente resistentes al desgaste, y a pesar de su alto costo presentan
una relación costo/calidad muy favorable. El empleo de material cerámico en
las partes del hidrociclón sometidas a mayor desgaste, como el cono final y la
boquilla, no puede ya considerarse una tendencia, sino una practica habitual.
También se ha buscado disminuir el peso de los equipos, como vía para reducir
los costos de mantenimiento, evolucionando hacia el empleo de materiales
ligeros como los elastómeros y plásticos. Así han surgido hidrociclones
totalmente construidos en poliuretano autoportante, formando la carcasa y el
revestimiento una sola pieza, figura 7.
Figura 7: Hidrociclón en poliuretano autoportante
10
En otros casos las tradicionales carcasas de acero han sido reemplazadas por
carcasas plásticas reforzadas con fibra de vidrio FRP, ligeras y resistentes al
mismo tiempo, figura 8.
Figura 8: Hidrociclón con carcasa plástica FRP
3.4 Simulación, Evaluación y Control de la operación
Nuestra vida diaria esta hoy condicionada y casi podríamos decir regida por la
informática, aunque dependiendo de sí estamos en España o en IberoAmérica
somos controlados por ordenadores o computadoras, pero indiscutiblemente
“nos controlan”.
La mayoría de los fabricantes de prestigio, cuentan hoy día con programas
informáticos que les permiten predecir los resultados de una determinada
clasificación, o bien evaluar la operación de un proceso concreto. Estos
programas son en ocasiones de diseño propio, o han sido elaborados por
compañías especializadas en su desarrollo. Gran numero de programas de
simulación y control han sido realizados por centros públicos de investigación
adscritos a universidades.
Este tipo de programas basados todos ellos en modelos matemáticos y
algoritmos reconocidos, a menudo son utilizados total o parcialmente para el
control de las operaciones, siendo una gran mayoría las plantas que cuentan
hoy día con sistemas de control, entre los que sobresalen los de última
11
generación llamados expertos, y los mas recientes basados en lógica difusa,
sin entenderse muy bien como de algo difuso se puede obtener algo concreto.
En cuanto a los programas de evaluación y simulación, merece destacarse un
conjunto de programas recientemente desarrollado por el Dr. Jaime Sepúlveda
de la compañía Moly-Cop Chile, en breve disponible, llamado Moly-Cop Tools.
Entre sus principales ventajas destaca el estar basado en hojas de calculo
Microsoft Excel de amplia difusión entre la comunidad minera, por lo que la
“comunicación” del usuario con el programa resulta amigable y cómoda,
figura 9.
Figura 9: Hoja del programa BallSim de Moly-Cop Tools
12
Con la ayuda de este programa u otros similares puede evaluarse fácilmente
tanto una clasificación simple como un complejo circuito cerrado de molienda,
en base a datos de la operación misma o bien de ensayos en laboratorio,
pudiendo seguidamente simularse otras condiciones variando simplemente los
parámetros convenientes, para tratar de optimizar el proceso, figura 10.
Figura 10: Comparación de resultados en planta y simulación
Esto permite en muchas ocasiones estimar las inversiones necesarias para
alcanzar determinados resultados sin necesidad de pruebas o ensayos
costosos en planta.
Resaltar que para el manejo de estos programas se requiere un adecuado nivel
de conocimiento de los procesos involucrados, pues de lo contrario puede
llegarse, sin darse apenas cuenta, a resultados aparentemente maravillosos
pero inalcanzables, si es que antes la computadora no se ha manifestado con
el usual “cuelgue”, tras lo cual indefectiblemente exclamaremos ¡c... otra vez se
ha quedao eclisao!.
13
4.
PROCESOS
Básicamente tres son los procesos donde se precisan etapas de clasificación:
En la molienda y remolienda, en los procesos de concentración en general,
previamente a las etapas de flotación o gravimetría, y por último en el
tratamiento de los relaves o colas, bien sea para mediante la clasificación
producir los materiales óptimos para el tranque de relaves, o bien para obtener
de ellos un producto especifico para su reutilización como relleno hidráulico.
4.1 Molienda
Dentro de los procesos de molienda deben distinguirse aquellos realizados en
vía seca, de los llevados a cabo en vía húmeda. Tanto en un caso como en
otro la tendencia actual es hacia tamaños de molienda más finos; en el caso de
la vía húmeda quizás por la mayor dificultad de concentración de los minerales
brutos tratados, o bien por la demanda del mercado solicitando concentrados
más limpios; y en el caso de la vía seca, porque los procesos de elaboración de
los materiales que emplean materias primas molidas en seco, como los
cerámicos, así lo demandan.
4.1.1 Vía seca
En la molienda vía seca la clasificación se realiza con equipos llamados
separadores. Dependiendo de la finura del producto molido los separadores
pueden ser estáticos o dinámicos, empleándose estos últimos para moliendas
por debajo de 100 micras, generalmente en el entorno de las 10-40 micras, y
llegando con productos muy especiales hasta finuras de 5 micras. En multitud
de ocasiones el proceso de molienda no debe aportar hierro al producto
obtenido, por lo que tanto los molinos como los separadores se construyen con
revestimientos cerámicos o de materiales silíceos naturales. Por supuesto los
cuerpos moledores en estos casos son igualmente cerámicos o bien “bolos” de
cuarzo.
Las finuras citadas no son alcanzables con el empleo de separadores
convencionales, precisándose el empleo de separadores llamados de tercera
14
generación muchísimo más evolucionados, los cuales incorporan elementos
electrónicos de control para poder ajustar y variar el tamaño de clasificación, al
mismo tiempo que su diseño mejorado ha permitido disminuir al mínimo el
mantenimiento de los mismos, figura 11.
Figura 11: Separador dinámico de tercera generación, QDK
Básicamente un circuito de molienda vía seca no difiere sustancialmente de
uno vía húmeda, excepto en que se requieren elementos de transporte entre
los diferentes equipos, y en la necesidad de cuidar en exceso la estanqueidad
en todos los puntos del circuito para evitar las emisiones de polvo muy nocivas
para la salud, especialmente en la molienda de productos silíceos.
Los separadores no toleran la mínima humedad, por lo que de no disponer de
un producto de alimentación absolutamente seco, este debe ser secado
previamente a su molienda. En caso de que la humedad de alimentación fuese
inferior al 5 %, es posible realizar el secado simultáneamente con la molienda,
mediante la introducción de aire caliente en el molino, figura 12.
15
Figura 12: Circuito de molienda vía seca con secado adicional
4.1.2
Vía húmeda
La evolución de los circuitos de molienda, tal y como ahora les conocemos, ha
sido relativamente rápida durante los últimos 50 años, y actualmente estamos
inmersos en una escalada del tamaño de los molinos, y equipos auxiliares
como bombas centrífugas e hidrociclones.
Los clasificadores se fueron desarrollando en base a las exigencias de los
molinos, pasando de los mecánicos de tornillo o rastras a los hidrociclones, a
medida que aumentaron las exigencias de capacidad y tamaño de corte. Más
adelante los hidrociclones tuvieron que ser montados en baterías para hacer
frente a las capacidades demandadas por los circuitos cerrados con cargas
circulantes de importancia, surgiendo de este modo “los nidos” con distribución
concéntrica.
A comienzos de los 80 surgen las moliendas autógena y semiautógena como
una nueva alternativa, a la cual también hubieron de adaptarse los
16
hidrociclones, siendo este el tipo de molienda usual hoy día en la gran minería
del cobre, zinc, oro, hierro, etc., y el que más desarrollo ha tenido en los últimos
años.
Los incrementos de capacidad se afrontaron empleando molinos de gran
tamaño, con varias líneas formadas con circuitos Barras-Bolas, en directo, es
decir con la descarga del molino de barras entrando directamente al molino de
bolas, figura 13.
Figura 13: Circuito cerrado Directo de molienda Barras-Bolas
A menudo la descarga del molino de barras se dividía en dos para trabajar en
conjunto con dos molinos de bolas independientes, cada uno de ellos en
circuito cerrado con su clasificador.
Buscando la optimización surgió la idea del circuito inverso, en el cual la
descarga del molino de barras es conducida junto con la descarga del molino
de bolas al clasificador, y la fracción gruesa del clasificador es en este caso la
alimentación al molino de bolas, obteniéndose así un circuito cerrado. Este tipo
de circuito permite disminuir considerablemente la carga de alimentación al
molino de bolas, amén de la reducción del efecto de sobre-molienda, lo que
significa posibilidad de aumento de capacidad o de reducción del tamaño del
producto molido, figura 14.
17
Figura 14: Circuito cerrado Inverso de molienda Barras-Bolas
El aumento de capacidad en las plantas procesando minerales de alta ley
resulta rentable, ya que la pérdida de recuperación al moler más grueso se ve
compensada con el aumento de tratamiento, y en definitiva se produce más
metal. Elevando el tamaño de molienda, se aumenta la capacidad con mínimas
inversiones, siendo tan sólo necesario aumentar el volumen de flotación, lo cual
representa una inversión reducida frente a las inversiones que se requerirían
en los molinos.
El aumento del tamaño de corte en los hidrociclones se consigue simplemente
elevando la concentración de sólidos de alimentación, mediante el aumento de
tonelaje y la reducción simultánea de agua, figura 15.
Figura 15: Ecuaciones de tamaño de corte en hidrociclón
18
Esto también permite reducir el caudal de pulpa entrando a flotación con lo cual
las ampliaciones en celdas son también menores. De este modo, efectivamente
se logra el objetivo, pero la eficiencia de clasificación se ve reducida como
consecuencia de la clasificación obstaculizada que tiene lugar en el interior del
hidrociclón, aumentando notablemente el cortocircuito de finos.
Se llega a una situación extraña donde hidrociclones de relativamente pequeño
tamaño, por ejemplo 500 mm, operando en condiciones de concentración
desfavorables, alcanzan el corte que darían hidrociclones de tamaño superior.
Además se aumentan los diámetros de las toberas de rebose y se baja la
presión de operación, buscando por cualquier medio elevar el tamaño de corte.
En estas condiciones la eficiencia de clasificación disminuye, pero con una
inversión mínima, se consigue aumentar el tamaño de molienda y
consiguientemente la capacidad.
Aparece en escena el hidrociclón de fondo plano, CBC (Circulating Bed
Cyclone), de diseño diferente, totalmente cilíndrico y acabado en un fondo
prácticamente horizontal, figura 16.
Figura 16: Hidrociclón fondo plano, CBC
Esta configuración, desarrollada por el profesor Dr. Helmut Trawinski para
ampliar el rango de tamaños de corte de los hidrociclones, permite alcanzar
con un determinado hidrociclón separaciones que se obtendrían con
19
hidrociclones de diámetro superior. En resumen este diseño permite que un
hidrociclón, por ejemplo de 500 mm, realice el corte de uno de 650 mm o
mayor, pero lo que es importante, de modo natural, sin forzar los parámetros
operativos. Además, su menor corto-circuito y menor tendencia al bloqueo lo
convierten en una herramienta valiosísima para este tipo de circuitos de
molienda, figura 17.
Figura 17: Cuadro comparativo de resultados hidrociclón de fondo plano
En
varios
circuitos
de
molienda,
se
han
remplazado
hidrociclones
convencionales de 500 mm y 650 mm por hidrociclones de fondo plano de
400 mm y 500 mm, recuperando el tamaño de corte perdido sin disminuir la
capacidad de molienda, o bien aumentando la capacidad de molienda, sin
variar el tamaño de corte, figura 18.
Figura 18: Planta equipada con hidrociclones de fondo plano
20
En ocasiones se han instalado hidrociclones en posición casi horizontal,
buscando tamaños de corte mayores o aumentos de capacidad. También en
varias plantas se han reemplazado los hidrociclones existentes por otros de
mayor tamaño, pero esto elimina una de las ventajas operativas de los
hidrociclones, la flexibilidad.
Al disponer tan sólo, de uno o dos hidrociclones, no puede variarse el número
de unidades en operación, y no pueden absorberse las variaciones de tonelaje
causadas por diferencias en la dureza y granulometría del mineral. El mínimo
número de unidades recomendable en circuitos con grandes variaciones,
debería estar entre cuatro y seis.
En secciones de bajo tonelaje, donde por razones de capacidad sólo se puede
instalar un hidrociclón, lógicamente de tamaño inferior al que sería conveniente
para alcanzar un corte grueso, la aplicación del hidrociclón de fondo plano
resulta determinante, siendo posible operar con varios hidrociclones de
diámetro inferior a 375 mm pero con tamaños de corte equivalentes a los que
se obtendrían con ciclones de diámetro superior, 500 mm o mayores.
En plantas con molienda gruesa y de gran tonelaje, las perdidas de metal son
de tal importancia que se han instalado “Nuevos Concentradores” para tratar
los estériles, colas o relaves de dichas plantas. Un ejemplo fue la Compañía
Minera Locumba en Perú. Interesante resulta la operación de la Compañía
Minera Valle Central en Chile, tratando las casi 100.000 t/d de relaves de un
gran concentrador, donde los hidrociclones tienen un papel crucial, figura 19.
Figura 19: Diagrama planta Minera Valle Central
21
La totalidad de los estériles recogidos desde la canal de relaves, unos 7.000 m3
de pulpa con una concentración de sólidos del orden del 45 %, alimentan en
gravedad a 4 líneas, cada una de ellas formada por una primera batería de
hidrociclones de 500 mm de diámetro, un molino de bolas, y una batería de
hidrociclones de 400 mm de diámetro, figura 20.
Figura 20: Vista general molienda, Minera Valle Central
La fracción gruesa obtenida en la primera batería, aproximadamente un 40 %
del total, se introduce directamente al molino de bolas que opera en circuito
cerrado con la segunda batería, y el producto molido alimenta a un circuito de
flotación convencional. La fracción fina de la primera batería se conduce junto
con el estéril de la nueva flotación a un circuito de flotación en cascadas, sin
aporte de reactivos, donde se recupera el mineral más fino, figura 21.
Figura 21: Circuito de molienda, Minera Valle Central
22
Las plantas de reciente construcción ya son diseñadas con hidrociclones de
mayor tamaño, de acuerdo a las necesidades de molienda establecidas, siendo
el hidrociclón de 650 mm e incluso mayor, el tamaño estándar en las últimas
plantas de molienda autógena y semiautógena de cobre.
En cualquier caso, cada mineral demanda una molienda especifica, y mientras
que en el continente americano los tamaños de molienda suelen ser del orden
de 200-300 µm, en el viejo continente, Europa, suelen ser la décima parte
20-30 µm, y lógicamente esto obliga a emplear ciclones de pequeño diámetro.
Un ejemplo típico sería las plantas españolas y portuguesas tratando los
sulfuros complejos de la faja pirítica Ibérica, donde la clasificación final se
realiza con ciclones de 200 mm de diámetro, figura 22.
Figura 22: Nave de molienda de sulfuros complejos
Los sulfuros complejos con contenidos económicos -es un decir- de mineral de
cobre, plomo, zinc, plata y oro, requieren un tamaño de liberación en el entorno
de las 10-20 µm, lo que obliga a realizar complejos circuitos de molienda en
varias etapas. Los circuitos de flotación son también complejos, requiriéndose
una flotar diferencialmente el cobre, el plomo, el zinc y la pirita sucesivamente.
En este panorama, la clasificación en la molienda juega un papel
importantísimo, tratando de obtener un producto suficientemente fino para
poder separar las especies en la flotación diferencial, pero produciendo el
menor número de ultrafinos que por falta de selectividad se perderían y que
además complica las etapas finales de sedimentación y filtración, figura 23.
23
Figura 23: Circuito de molienda de sulfuros complejos
4.2 Fraccionamiento
La necesidad de optimizar los procesos buscando mejores resultados
económicos, ha conducido al estudio detallado de los procesos unitarios,
buscando no solo la máxima recuperación, sino también el menor costo
operativo. En concreto en las etapas de flotación el consumo de reactivo y la
energía son los dos mayores componentes del costo.
En algunas ocasiones una separación en dos fracciones, lamas-arenas,
permite optimizar la flotación bien en base a la diferencia del tamaño de
partículas o a su naturaleza y composición química. En otras donde se
emplean reactivos específicos de alto costo, una presencia elevada de
partículas finas, generalmente perjudica el proceso de concentración y eleva el
consumo de reactivo.
En estos casos una clasificación fina o deslamado permite mejorar la operación
sin que ello represente grandes perdidas de rendimiento, al ser dichas
partículas finas a menudo de naturaleza arcillosa, y a condición de que el
tamaño de corte sea muy fino, en el rango de 10-20 micras. Obviamente para
estas separaciones se requieren hidrociclones de pequeño diámetro y con
geometría y configuración especificas para dicho trabajo, figura 24.
24
Figura 24: Distribuidor con hidrociclones de 100 mm ∅ para deslamado a 15 micras
Los equipos de concentración gravimétrica, generalmente sencillos en su
funcionamiento, requieren como la mayoría de los equipos de tratamiento, una
alimentación lo más uniforme posible, tanto en tonelaje como en concentración
de sólidos. Además, estos equipos requieren una alimentación sin lamas o
partículas ultrafinas, las cuales aumentando la viscosidad del medio líquido en
que van suspendidos los sólidos, dificultan el proceso de separación.
Ambas necesidades pueden ser resueltas al mismo tiempo mediante el empleo
de hidrociclones. En particular, con el empleo de hidrociclones CBC, se
consigue al mismo tiempo que el deslamado necesario, una alimentación
estable gracias a su descarga uniforme en concentración de sólidos. El lecho
fluido creado en el fondo plano actúa como un “colchón” que amortigua las
variaciones en la concentración de alimentación, al mismo tiempo que permite
mantener prácticamente constante el tamaño de corte. Por otro lado, en dicho
lecho se genera una clasificación selectiva de los diferentes minerales
existentes en la alimentación, de modo que se logra un considerable
enriquecimiento del producto grueso o pesado, lo que favorece el proceso de
concentración posterior. No hay que olvidar que, en ocasiones, un ciclón CBC
puede ser un medio sencillo de preconcentrar minerales pesados (oro, estaño,
diamantes, etc.), o bien carbón.
25
4.3 Relaves
En el caso de explotaciones mineras a cielo abierto, generalmente las colas,
estériles o relaves se conducen a presas, tranques o canchas, figura 25.
Figura 25: Presa de estériles de una mina
Su clasificación en dos fracciones gruesa y fina antes de ser depositados,
permite disminuir los costos de formación de la presa, al mismo tiempo que
mejora su seguridad. Los gruesos son conducidos bien por gravedad o
mediante bombas especiales de alta presión hasta el dique, para ayudar a su
formación, mientras que los finos son enviados a la cola de la presa para
facilitar y mejorar la sedimentación.
En Europa las presas de estériles están fuertemente condicionadas por el
impacto ambiental y la seguridad del entorno, y a pesar de ello, en ocasiones
las catástrofes originadas por una rotura sobrepasan lo imaginable. Hace tan
solo un año, en España, una falla en el muro de contención de una presa de
estériles de una mina de sulfuros complejos, con toda la tabla periódica,
26
provocó un daño irreversible en una reserva biológica catalogada de interés
mundial, figura 26.
Figura 26: Lince Ibérico en peligro de extinción en el Coto Doñana
En las explotaciones subterráneas, cada vez más, por motivos medioambientales, la fracción gruesa de los relaves es utilizada para efectuar el
relleno hidráulico, evitando o reduciendo de este modo el empleo de material
externo a la mina, o de préstamo.
Dos requisitos condicionan la clasificación, por un lado la exigente restricción
de permeabilidad de la fracción recuperada, para obtener un material de relleno
optimo, y por otro la necesidad de conseguir el mayor aprovechamiento de la
masa de estéril disponible. Esto representa un gran desafío difícil de alcanzar,
especialmente cuando esta clasificación se realiza al final del tratamiento,
debiendo absorber el sistema todas las variaciones de masa, concentración de
sólidos, distribución granulométrica, presión, etc., que se generan “aguas
arriba” del concentrador.
Dado el principio operativo del hidrociclón de fondo plano, CBC, su tercera
corriente provoca una reclasificación de la fracción gruesa clasificada,
inmediatamente antes de su descarga, y ello trae como consecuencia que
27
dicho producto contenga menos partículas finas que contendría la descarga de
un hidrociclón convencional, lo cual es el primer y mayor condicionante en esta
aplicación, figura 27.
Figura 27: Esquema de corrientes internas en un hidrociclón fondo plano
El segundo condicionante es alcanzar el mayor aprovechamiento de los
estériles de la flotación, primero porque así se disminuye el problema de vertido
de estériles: volumen de presa, superficie ocupada, problemas ambientales,
etc., y segundo porque al mismo tiempo se reduce la necesidad de adquirir
material externo para el relleno.
En la operación con hidrociclones cónicos convencionales para evitar que estas
fluctuaciones provoquen un atasco de la descarga de los mismos, es preciso
ser generoso con el dimensionamiento de la boquilla de descarga, y ello
supone que el producto grueso –material para el relleno- tendrá exceso de
finos, por lo cual es preciso operar a un tamaño de corte superior al que sería
necesario para tratar de reducir la presencia de partículas muy finas, y ello
significa que al ser mayor el tamaño de corte, menor será la recuperación de
masa en la descarga.
El hidrociclón de fondo plano es muy estable frente a las variaciones de la
alimentación, tanto en tonelaje como en concentración de sólidos, lo cual es de
enorme importancia en esta aplicación, donde todas las variaciones que se
28
producen en el concentrador repercuten finalmente en el flujo de estériles,
figura 28.
Figura 28: Distribuidor con hidrociclones de fondo plano en clasificación de relaves
El hidrociclón CBC por su estabilidad e “inatascabilidad”, puede ser ajustado
desde el primer momento para alcanzar el objetivo previsto, calidad de
producto y recuperación de masa.
29
5.
CONCLUSIONES
Hemos expuesto, según nuestro criterio, las novedades y tendencias actuales
de la clasificación en nuestros días, habiendo dividido el trabajo en dos
bloques: Los Equipos y Los Procesos, que en lenguaje informático resultaría
equivalente al Hardware y al Software. En la clasificación al igual que en la
informática, no solo se requieren equipos de calidad, sino también un soporte
técnico que solo puede aportar un fabricante de prestigio, gracias a los
conocimientos adquiridos en base a sus múltiples experiencias.
El procesamiento de minerales necesita de ajustes permanentes para hacer
frente a las variaciones de los minerales por un lado, y por otro a los cambios
del mercado, para alcanzar en todo momento los mejores resultados. Para ello
es necesaria una colaboración permanente entre usuario y fabricante, que no
acaba, sino que debe empezar en el momento de del suministro.
Para un futuro prospero de la actividad minera se precisa además de la
existencia de minas y mineros, también de fabricantes e investigadores serios,
y por supuesto empleando un lenguaje técnico común, foros de dialogo abierto
como los que representa este simposio de Tecsup.
Y como cierre, una inquietud personal:
Entramos en este nuevo milenio, “como un elefante en una cacharrería”,
precedidos de una vanguardia de gigantes en forma de molinos, figura 29.
Figura 29: Don Quijote luchando contra los gigantes que eran “molinos”
30
La capacidad diaria de las nuevas plantas ha pasado de decenas de miles a
centenas de miles de toneladas, lógicamente para reducir los costos de
operación y también para recuperar rápidamente la inversión.
La vida de los nuevos yacimientos, a pesar de las enormes reservas de
algunos, va a ser muy corta, y para su desarrollo se están creando nuevos
núcleos de población, con la migración que ello conlleva.
Las minas de Río Tinto, las más antiguas del mundo, están en explotación
desde hace más de 4000 años, y hoy está próxima su extinción, quizás por una
sobreexplotación en los últimos años. Desde hace tiempo se está tratando de
llevar a cabo una reconversión en la zona, pero a pesar del nivel de desarrollo
del país, esto no es tan sencillo y el problema social es importante.
¿Qué pasará cuando en pocos años se acaben los nuevos yacimientos que
ahora estamos poniendo en explotación?, ¿Seremos capaces de generar
industrias alternativas que impidan o mitiguen el éxodo de las poblaciones
creadas a la sombra de las nuevas minas, cuando éstas desaparezcan?.
La Sociedad debe ir preparando ¡ya! las soluciones al problema, de lo contrario
estaremos paliando un problema social y generando otro mayor a no tan largo
plazo.
31
6.
BIBLIOGRAFÍA
LIBROS
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The Hydrocyclone
D. Bradley
Pergamon Press, 1965
Mineral Crushing and Grinding Circuits
A. J. Lynch.
Elsevier Scientific Publishing Co., 1977
Solid / Liquid Separation Equipment, Scale-up
Chapter 7, Hydrocyclones, H. F. Trawinski
Derek B. Purchas
Uplands Press Ltd, 1977
Mineral Processing Plant Design
Chapter 17, Cyclone Classifiers, A. L. Mular and N. A. Jull
A. L. Mular y R. B. Bhappu.
Society of Mining Engineers, 1980
Design and Installation of Comminution Circuits
Chapter 32, Hydrocyclones, R. A. Arterburn
A. L. Mular y G. V. Jergensen.
Society of Mining Engineers, 1982
Hydrocyclones
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Holt, Rinehart and Winston, 1984
SME Mineral Processing Handbook
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Society of Mining Engineers, 1985
Dimensionamiento y Optimización de plantas concentradoras mediante
técnicas de modelación matemática.
Leonel Gutierrez R. – Jaime E. Sepúlveda
Centro de Investigación Minera y Metalúrgica, 1986
Classification Handbook
K. Heiskanen
Larox, 1987
Mineral Processing Technology
B. A. Wills
Pergamon Press, 1988
Autogenous and semiautogenous grinding technology
Andrew L. Mular – Derek J. Barratt – Douglas A. Knight
Proceedings of International Conference, Vancouver, 1996
32
ARTÍCULOS
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A calculation for elutriation
H. F. Trawinski
Interceram 19, 1970
Aplicación y Funcionamiento Práctico de los Hidrociclones.
H. F. Trawinski y J. L. Bouso
Engineering Mining Journal & Rocas y Minerales, 1976
Modelling and Scale-up of hydrocyclone classifiers
A. J. Lynch y T. C. Rao.
Min. Proc. Congress, Cagliari, 1975
A Mathematical Model of Hydrocyclone Classifier in Classification
L. Plitt
CIM Bulletin, 1976
Der Einfluss von Sedimentations-Behinderung auf die Trenn-Korngrosse.
H. F. Trawinski.
Aufbereitungs-Technik, 1983
Evaluación de la Operación de Hidrociclones en circuitos cerrados de
Molienda.
J. L. Bouso
Canteras y Explotaciones, Mayo 1985
Aplicación de Hidrociclones
J. L. Bouso
Rocas y Minerales, Octubre 1986
The Separation Process in the Hydrocyclone
H. F. Trawinski
Aufbereitung-Technik, 1995
Características de clasificación en el Hidrociclón.
J. L. Bouso
Canteras y Explotaciones, Enero/Febrero 1995
Eficiencias en Hidrociclones
J. L. Bouso
Rocas y Minerales, Abril 1995
10 mandamientos para mejorar la productividad de sus molinos
Jaime E. Sepúlveda
Simposio Moly-Cop, 1997
El hidrociclón, lo que siempre quiso saber y no encontró en los libros.
J. L. Bouso
Americas Mining, Mayo/Junio/Julio 1998
Diseño y Optimización de circuitos de Molienda y Clasificación
Jaime E. Sepúlveda
Seminario Fundación Gómez-Pardo, 1999
COMUNICACIONES PERSONALES
-
Prof. Dr. H. Trawinski / Juan Luis Bouso
Dr. Jaime Sepúlveda / Juan Luis Bouso
33
RELACIÓN DE FIGURAS
1.
Análisis por elementos finitos de entrada hidrociclón y ensayo destructivo
2.
Diseño CAD de entrada tangencial de hidrociclón
3.
Curvas comparativas de Caudal en hidrociclones
4.
Circuito de molienda semiautógena SAG - BOLAS
5.
Circuito de molienda autógena AG
6.
Diferentes configuraciones de hidrociclón
7.
Hidrociclón en poliuretano autoportante
8.
Hidrociclón con carcasa plástica FRP
9.
Hoja del programa BallSim de Moly-Cop Tools
10. Comparación de resultados en planta y simulación
11. Separador dinámico de tercera generación, QDK
12. Circuito de molienda vía seca con secado adicional
13. Circuito cerrado Directo de molienda Barras-Bolas
14. Circuito cerrado Inverso de molienda Barras-Bolas
15. Ecuaciones de tamaño de corte en hidrociclón
16. Hidrociclón fondo plano, CBC
17. Cuadro comparativo de resultados hidrociclón de fondo plano
18. Planta equipada con hidrociclones de fondo plano
19. Diagrama planta Minera Valle Central
20. Vista general molienda, Minera Valle Central
21. Circuito de molienda, Minera Valle Central
22. Nave de molienda de sulfuros complejos
23. Circuito de molienda de sulfuros complejos
24. Distribuidor con hidrociclones de 50 mm ∅ para deslamado a 15 micras
25. Presa de estériles de una mina
26. Lince Ibérico en peligro de extinción en el Coto Doñana
27. Esquema de corrientes internas en un hidrociclón fondo plano
28. Distribuidor con hidrociclones de fondo plano en clasificación de relaves
29. Don Quijote luchando contra los gigantes que eran “molinos”
34