Un plan efectivo no sólo considera al espesador, sino también evalúa las distancias de transporte y el lugar de depósito
Por Steve Fiscor, Editor-en-Jefe

La recuperación de agua y el ahorro de costos en la construcción de tranques son los impulsores detrás de los espesadores de pasta y los espesadores de alta densidad.  Los tranques de relave se han convertido en un factor limitante para las minas. En algunas partes del mundo, autorizar una expansión, menos aún un nuevo tranque, es un tema complejo. Existen serias repercusiones medioambientales y de seguridad ocasionadas por la alta escorrentía. Al usar pasta o relaves espesados, muchas faenas mineras descubren que pueden apilar material en espacios más pequeños y salvaguardar la operación de problemas asociados a la escorrentía.

En otras partes del mundo, las lluvias no son un problema y el agua es un recurso escaso. Algunas faenas en Chile están bombeando agua de mar hasta plantas a gran altura geográfica, haciendo del agua un costoso activo. Si el diseño de los sistemas de eliminación de relaves es el correcto, el agua se puede reciclar eficazmente y en algunos casos los costos de capital y operacionales para las instalaciones también pueden reducirse.

Los días en que había que instalar un espesador convencional (o de alta capacidad) cerca de la planta y bombear una solución hasta un estanque de decantación pronto serán historia. La mayoría de las minas hoy en día están considerando un conjunto de espesadores que también incluyen espesadores de alta densidad y espesadores de pasta de cono profundo. El objeto es depositar relaves espesados o una pasta usando la menor cantidad de energía, al mismo tiempo que se recicla la mayor cantidad de agua. Los costos de estos sistemas varían, pero el costo exorbitante de diseñar y construir una represa de relaves normalmente hace que la decisión sea fácil.

El truco, según los expertos, es analizar el lugar de sedimentación y determinar las necesidades de la instalación, luego trabajar hacia atrás durante el proceso. Agrupando a un equipo de ingenieros y geotécnicos involucrados en el desarrollo de los tres elementos del sistema—los espesadores, el transporte y el embalse—las minas pueden evaluar eficazmente los criterios y diseñar un sistema apropiado para ese lugar en particular.

Consideraciones de Costos para Sistemas de Espesamiento de Pasta
Antes de la llegada de los espesadores de pasta, la mina especificaba y compraba un espesador de alta capacidad. El proveedor lo diseñaba e instalaba. Como el subdesbordamiento de un espesador convencional, una lechada de relaves, fluía de acuerdo a los principios Newtonianos, cada uno de los otros elementos del sistema podía ser diseñado en forma independiente y funcionaban bien.

Los fundamentos detrás de los espesadores de alta capacidad se basan en el área de unidad y la lechada que producen eventualmente se separará en fases líquida y sólida. Un espesador de alta densidad produce relaves espesados. La diferencia entre un espesador de alta capacidad y uno de alta densidad es que el subdesbordamiento no se separará—esa agua permanece ligada en la mezcla. Un espesador de cono profundo, o de fondo profundo, produce pasta. Tanto el espesador de alta densidad como el de cono profundo dependen del tiempo de retención en lugar de depender del área. El esfuerzo umbral es la línea divisoria entre pasta y relaves espesados, y los espesadores de cono profundo producen un esfuerzo umbral de 120 a 150 Pascales (Pa) y más. A diferencia de las soluciones acuosas o lechadas, la pasta no se comporta de acuerdo a los principios Newtonianos. Los ingenieros tienen que considerar la reología y cómo esta afecta a todo el sistema de sedimentación de relaves.

“Todos los que estamos en el negocio del espesamiento de pasta coincidimos en que la mejor metodología para diseñar un sistema de relaves espesados es decidir sobre el producto final y los requerimientos de la faena, y trabajar en flujo ascendente,” dijo Mark Niederhauser, gerente mundial de pastas de FLSmidth. “Ya sea una sedimentación superficial o un rellenos de pasta, lo que es un poco diferente, el sistema necesita mantener un esfuerzo umbral o más probablemente un cierto contenido de humedad. Los parámetros varían basados en la recuperación de agua, lo que tiene un aspecto medioambiental, pero maximizar la recuperación también permite a las minas aumentar la producción.”

Con un sistema de relaves espesados, los costos de transporte pueden ser una variable significativa. Hay una gran diferencia entre movilizar pasta por 500 metros y movilizar pasta por 30 kilómetros. Sin embargo, un mayor esfuerzo umbral se traduce en menos de un requerimiento para construcción de tranques donde los costos de los equipos serían insignificantes comparados con los costos en la zona de sedimentación.

“Los ingenieros en FLSmidth tienen una norma general,” dijo Niederhauser. “Si un espesador de alta capacidad representa $1 de costo, entonces un espesador de alta densidad representaría $1.30, y uno de pasta $2.”

En lo que respecta al valor por lo invertido, la alta densidad es probablemente el camino a seguir si se trata de una decisión de dólares, explicó Niederhauser. “Un espesador de alta densidad recupera una importante cantidad de agua y no aumenta el costos de transporte proporcionalmente. Por ejemplo, a veces la diferencia entre una unidad de alta densidad y una de pasta es de un 3% a un 5% de humedad, pero el costo de recuperar esa humedad extra podría ser de entre un 50% y un 70% más alto.” Sin tomar en consideración el efecto en el tranque, hay un punto de menores retornos, donde pasar al siguiente nivel, la pasta, resulta considerablemente más caro.

Según Niederhauser, más minas están buscando amontonar relaves secos usando la filtración (o una torta filtrada). “Los espesadores de alta densidad también juegan un rol en este proceso”, dijo Niederhauser. Hizo referencia a un uso carbonífero en los EEUU que usa una prensa de placa-y-bastidor. La mina filtra relaves espesados de un espesador de alta densidad.

Al aumentar la densidad del subdesbordamiento desde 27%-30% hasta 50%-52%, explicó Niederhauser, se redujo el número de filtros en una mitad. “Instalar ese espesador de alta densidad cuesta alrededor de $1 millón, pero eliminó tres filtros de $2,5 millones cada uno al espesar hasta una óptima concentración de sólidos,” dijo Niederhauser. “Esta es la primera vez que la combinación de un espesador de alta densidad seguido por filtros de presión se usa para residuos de carbón.”

“La mayoría de las plantas hoy en día están considerando el espesamiento de alta densidad y potencialmente el espesamiento de pasta,” dijo Fred Schoenbrunn, gerente mundial de sedimentación, FLSmidth. “Hace apenas 10 a 15 años atrás, se buscaba sólo un espesamiento de alta capacidad. El relave típico de la concentradora de cobre era de un 55% hasta un 60%. Ahora la mayoría de las solicitudes están considerando entre un 62% y hasta 70% de sólidos—ese es un importante aumento en la densidad que se considera inmediatamente.”

Los espesadores de alta densidad están diseñados para obtener las más altas concentraciones de sólidos que puedan ser movilizadas con una bomba centrífuga. “Es similar a la regla 80:20, obteniendo la mayor parte de los beneficios para un gasto extra de un 20% a un 30% sin tener que gastar bombas de desplazamiento positivo,” dijo Schoenbrunn.

“El agua es un gasto y hace subir el costo de una planta,” dijo Schoenbrunn. “La industria se está adaptando rápidamente mediante el mejoramiento de la recuperación de agua dentro de la planta y la coherencia de la zona de sedimentación.” Para expandir su capacidad, la planta necesitará más agua y la mejor forma de lograrlo es optimizar la recuperación de los relaves.

Diseñando un Sistema de Pasta Exitoso
Diseñar un espesamiento de pasta exitoso demanda un esfuerzo cooperativo. La reología, y la distancia y elevación entre el espesador y el lugar de la sedimentación determinan los requerimientos de bombeo y tubería, explicó Tyson Gollaher, gerente del grupo pasta de WesTech Engineering. “Una vez determinados los requerimientos de bombeo y de transporte, el espesador puede ser diseñado para que satisfaga las necesidades reológicas y de producción de pasta,” dijo Gollaher.

“Una buena metodología es armar un equipo de personas que incluya a ingenieros de la compañía minera, el ingeniero geotécnico que diseña el tranque, el diseñador de la tubería y el diseñador del espesador,” dijo Gollaher. “La mina explica su estrategia para el lugar de eliminación de relaves y el equipo evalúa alternativas para un sistema efectivo, trabajando en flujo ascendente desde el lugar de la sedimentación hasta el espesador de pasta. Se pueden hacer ajustes basándose en lo que informe al espesador de pasta.”

También es muy importante confirmar el plan con pruebas a pequeña escala, analizando el esfuerzo umbral y la reología, explicó Gollaher. “Las pruebas a pequeña escala permitirían determinar qué pasaría con la dilución por corte, por ejemplo,” dijo Gollaher. “La pasta deja al espesador con un cierto esfuerzo umbral, pero una vez que pasa a través del sistema de bombeo y un cierto tramo de la tubería, la reología, el esfuerzo umbral y las características del flujo de la pasta pueden cambiar aun cuando la concentración de sólidos permanezca igual.

“Cuando una faena minera primero comienza a considerar al diferencia entre pasta de densidad ultra alta y relaves espesados, el cliente normalmente se está inclinando por la pasta,” dijo Gollaher. “Ellos quieren maximizar la recuperación de agua y quieren producir una pasta realmente espesa. Después de una evaluación de necesidades y consideraciones de diseño, especialmente costos de capital y costos operacionales, ellos comparan a la pasta con los relaves espesados, que tiene las cualidades no-segregadoras a un menor costo. A menudo lo reconsiderarán.”

A manera de ejemplo, Gollaher hizo referencia a un proyecto reciente en una mina de oro en Siberia. La mina necesitaba procesar 800 tm/hr de relaves de oro de flotación y quería recuperar la mayor cantidad de agua posible. Las características de no-decantación de la pasta redujeron los gastos asociados a la construcción de barreras en el lugar de sedimentación. “El caudal era muy alto,” dijo Gollaher. “Fabricar una pasta de densidad ultra alta habría requerido de varios espesadores de fondo profundo y los costos de capital y de bombeo abrumando favorecieron un espesador de alta densidad.”

Las minas que operan en zonas áridas relativamente planas también enfrentan un dilema similar. Los costos de construcción de un dique de contención para el uso de un espesador de alta capacidad serían extremadamente altos y se perdería agua debido a la evaporación. WesTech hace poco instaló un espesador de cono profundo para un centro de producción de hierro en Sudáfrica que enfrentó estas preocupaciones.

La planta de procesamiento fue diseñada para manejar 10 millones de tm/año. El caudal de los relaves primero se procesó mediante un espesador de alta capacidad para recuperar una gran porción de agua cerca de la planta. El subdesbordamiento entonces viajó 4,5 km hasta un espesador de pasta de fondo profundo, ubicado al lado de un pequeño valle donde los relaves serían amontonados en la superficie.

“Desde la planta, el caudal volumétrico era de 15,000 m3/hr,” dijo Gollaher. “El principal propósito del espesador convencional era reducir el flujo volumétrico al espesador de pasta en un 90%. Consideraron un diseño de sistema de pasta sin el espesador convencional, pero el número de espesadores de pasta era prohibitivo desde el punto de vista de los costos comparado con la combinación de espesador de pasta/alta capacidad.” Más recientemente, Gollaher dijo que WesTech proporcionó un sistema similar para un centro productor de hierro en China con esta misma disposición, el espesador de alta capacidad cerca de la planta bombeando hacia un espesador de pasta cerca del lugar de sedimentación.

Las lluvias también pueden ser un problema para sitios de eliminación de relaves convencionales. En Brasil, WesTech recientemente diseñó espesadores para una planta de beneficio de beneficio de bauxita en un lugar tropical con mucha humedad. El sistema de relaves consistía en dos espesadores de pasta de alta densidad que producen una pasta con bajo esfuerzo umbral. Se esperaba que este tipo de pasta, que podía ser bombeada con bombas centrífugas,  produjera un declive rasante. El sitio contaba con seis diferentes estanques. Cuatro de ellos fueron usados para sedimentación de relaves y los otros dos e usaron para recolectar lluvia y escorrentía.

“Ellos van rotando el punto de decantación entre los cuatros estanques a intervalos de 30 días para un óptimo ciclo de secado,” dijo Gollaher. “Incluso con la cantidad de lluvia que reciben, luego de alrededor de 30 días la pasta se seca y comienza a agrietarse. Después de 90 días, están caminando sobre ella. Estas instalaciones han sido un ejemplo para aquellos a quienes les preocupan las escorrentías. Los estanques están agrupados de forma que la escorrentía pase de largo hasta el estanque amortiguador final. Es un sistema que está funcionando bastante bien.”

Con la pasta, el negocio minero apenas está comenzando a ver todas las posibilidades. Si una operación minera analiza la distribución del tamaño de las partículas, y tiene finos que sobrepasen en un 20% los 20 micrones, tiene una aplicación para pasta. La tecnología de la pasta entrega distintas ventajas, y Gollaher cree que se deberían considerar para aplicaciones de todo tipo.

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