La conminución se ha convertido en un tema de gran interés tanto para la comunidad científica como para la industria en los últimos años
Equipo Minero destaca la investigación avanzada en el campo de la conminución
Por Carly Leonida, Editora Europea
Aunque la molienda y la trituración representan solo un pequeño número de pasos dentro de la mayoría de los diagramas de flujo del procesamiento de minerales, éstas son muy importantes en términos de liberación de metales y consumo de energía. Por ejemplo, un estudio de 2019 realizado por Bouchard et al. de tres circuitos de trituración semiautógena (SAG)/molino de bolas (SABC) descubrió que se perdía el 91% de la entrada de energía, dejando solo el 9% disponible para la rotura del mineral.
Las oportunidades de mejora en ambas áreas son significativas y, posteriormente, la conminución se ha convertido en un tema de gran interés tanto para la comunidad científica como para la industria. Una serie de artículos publicados y presentados en los últimos 24 meses han destacado algunas formas innovadoras para lograr esto, y la Coalición para la Conminución Eco-Eficiente (CEEC) ha creado un repositorio en línea de acceso gratuito para estos recursos.
“La importancia de mejorar la eficiencia de la trituración no debe subestimarse,” dijo Janine Herzig, presidenta ejecutiva de CEEC International, a Equipo Minero. “Al proporcionar acceso a los resultados de la investigación de vanguardia, a las herramientas analíticas y al fomentar las redes de colaboración, CEEC permite al sector adoptar prácticas de trituración ecoeficientes, asegurando que la producción de materiales esenciales se alinee con los más altos estándares de gestión ambiental.”
Conminución Asistida por Microondas Gana Medalla
Cada año, la organización otorga dos medallas que reconocen la investigación y el trabajo de campo sobresalientes sobre estrategias beneficiosas para la conminución, el procesamiento de minerales, la energía, el agua y la gestión de relaves energéticamente eficientes.
Los galardonados con la medalla a la investigación técnica de 2022, Forster et al., resumieron la investigación realizada como parte del desafío del programa Crush it! de Natural Resources Canada en su artículo ‘Microwave heating behavior of ores and its application to high-power microwave assisted comminution and ore sorting’ (2021).1 (Comportamiento del calentamiento de minerales por microondas y su aplicación en la conminución asistida por microondas de alta potencia y clasificación de minerales).
Como explican los autores, la utilización del pretratamiento por microondas ofrece una opción valiosa para reducir los requisitos energéticos en la conminución. Las microondas pueden calentar preferentemente las fases minerales valiosas de un mineral, y la expansión térmica diferencial resultante conduce a la formación de microfracturas a lo largo de los bordes del grano. Como resultado del calentamiento preferencial, se reduce la competencia del mineral, se mejora la liberación de minerales, se puede emplear un tamaño de trituración más grueso y se puede aumentar el rendimiento de la planta. Cuando se combina con la clasificación avanzada del mineral, el pretratamiento por microondas también puede ayudar a disminuir la cantidad de material de ganga procesado aguas abajo y reducir la producción de relaves.
“Los circuitos de conminución convencionales pueden ser extremadamente ineficientes…” Forster et al. afirmaron, “Dado el aumento constante de los costos de explotación de yacimientos cada vez más agotados y las leyes medioambientales cada vez más estrictas impuestas por los gobiernos, es apremiante desarrollar soluciones más económicas. Una posible solución es la aplicación de microondas tanto para la conminución asistida como para la clasificación de minerales.”
El artículo explicaba cómo los estudios previos sobre el tratamiento de minerales por microondas en los últimos treinta años se han limitado principalmente a estudios a escala de laboratorio de baja potencia y se carece de información sobre estudios a escala piloto y/o comercial. Como parte de su investigación, Forster et al. estudiaron los comportamientos del calentamiento por microondas de 42 muestras de mineral a escala de laboratorio. Los resultados se utilizaron para generar una base de datos, a partir de la cual se desarrolló un sistema de clasificación. Éste se utilizó para clasificar la susceptibilidad de un determinado mineral al pretratamiento por microondas.
“Este conocimiento se puede emplear para predecir el rendimiento de los minerales en las pruebas a escala piloto de alta potencia y, por lo tanto, se puede utilizar como una herramienta de preselección,” afirmaron los autores.
Explicaron que muchos minerales valiosos, como los sulfuros y algunos óxidos metálicos, se calientan bien en respuesta a la irradiación de microondas. Los minerales típicos de ganga, especialmente los que contienen grandes cantidades de sílice (SiO2), son transparentes a las microondas y no se calientan. El calentamiento selectivo provoca una expansión térmica diferencial, lo que provoca tensión y deformación a través de los bordes del grano mineral, creando microfracturas. También genera patrones de calentamiento característicos en las superficies de las rocas.
Para determinar los efectos de la radiación electromagnética en la conminución, la liberación de minerales valiosos y el potencial de clasificación, se probaron a escala piloto minerales seleccionados del programa de pruebas con un sistema de microondas de 150 kW. Esto implicó el tratamiento a alta potencia durante breves períodos de tiempo y dio lugar a reducciones en los valores SAG WSDT para tres de los cuatro minerales. El mineral que no logró una reducción en la energía de trituración, aún así demostró mejoras sustanciales en la liberación de las especies minerales de sulfuro de cobre.
“Esto demuestra que, aunque las pruebas de conminución no muestren inmediatamente ahorros de energía, esta pérdida se puede recuperar en las operaciones de la unidad aguas abajo, siempre y cuando se haya logrado una liberación suficiente,” dijeron los autores. “Los resultados de la clasificación de mineral por monocapa para una mezcla de mineral de sulfuro de níquel y roca de ganga demostraron que, si se capta una firma térmica discreta, la combinación del pretratamiento por microondas con la clasificación tiene un potencial considerable.”
En su artículo, Forster et al., señalaron que Anglo American está desarrollando un proyecto de conminución asistida por microondas en su mina de platino Amandelbult en Sudáfrica, como parte del programa FutureSmart Mining.
Mineral extraído de camino al molino.
“En algunas de sus pruebas preliminares, [Anglo American] informó reducciones de dureza del 5%-25% y del 8%-12% para los minerales de platino y cobre, respectivamente. La empresa está investigando instalaciones en otras dependencias, comenzando por un circuito de pebbles en Los Bronces (Chile), seguido de Mogalakwena (Sudáfrica), Collahuasi (norte de Chile) y Quellaveco (Perú),” dijeron los autores. “Este esfuerzo habla muy bien del potencial de la conminución asistida por microondas en la industria minera.”
Mont Wright Optimiza Desde la Mina al Molino
Otro excelente artículo, ‘Mine-to-Mill optimization at Mont Wright’, de Hill et al., (2021)2 destaca la importancia de la optimización holística de la cadena de valor para lograr mejoras de eficiencia en la trituración. En él se detalla el reciente proyecto de integración y optimización de la mina al molino “Mine-to-Mill (M2M)” emprendido en el complejo de mineral de hierro de Mont Wright (MW) en Canadá. En 2019, ArcelorMittal Exploitation Miniere (AMEM) y Hatch realizaron un estudio con el objetivo de aumentar la producción de la mina con poco o ningún gasto de capital. En 2020 y 2021, MW implementó las recomendaciones resultantes del proyecto M2M con la asistencia y el perfeccionamiento de Hatch.
“A lo largo del proyecto M2M, se desarrollaron y calibraron modelos específicos del sitio de la mina y la planta (fragmentación de tronadura, chancado, trituración, separación por gravedad) basados en datos históricos, y auditorías y encuestas realizadas por el personal de MW y Hatch,” explicaron los autores. “Los modelos se integraron y utilizaron para simular y determinar estrategias optimizadas en toda la cadena de valor, desde la mina hasta la planta, con el fin de aumentar la producción y minimizar los costos globales. Las estrategias de optimización se probaron y perfeccionaron durante la implementación, teniendo en cuenta las limitaciones encontradas en la mina y la planta.”
El artículo describe cómo, durante el proyecto, se definieron los dominios del mineral en función de la estructura y la resistencia de la roca, y se desarrollaron directrices de tronadura para cada uno de ellos con el fin de mejorar la fragmentación RoM (run-of-mine — mineral extraído directo de la mina) para las tronaduras de producción en varios rajos y reducir la variabilidad de la alimentación. Se llevaron a cabo simulaciones de chancado y trituración para evaluar el impacto de la fragmentación RoM más fina y para optimizar las estrategias operativas para la alimentación más fina. Las simulaciones indicaron un aumento previsto del rendimiento del 7%-26% para las diferentes líneas de trituración en función del dominio del mineral.
Una de las principales recomendaciones en la planta fue la conversión del Molino 7 de trituración autógena (AG) a SAG para aprovechar al máximo la potencia disponible, capitalizando la fragmentación más fina de la mina y aumentando el rendimiento.
Medios de trituración tetraédricos RELO. (Foto: Axora)
“La implementación de las nuevas estrategias operativas comenzó a fines de 2020, incluida la caracterización adicional del mineral, el refinamiento de la definición del dominio, el establecimiento de directrices de tronadura actualizadas para adaptarse a las restricciones operativas y la conversión del Molino 7 a SAG (12% de carga de bola),” afirmaron los autores. “También se investigó un diseño de revestimiento de molino compuesto (caucho/acero) para permitir una mayor carga de bolas en el Molino 7. Hasta la fecha, se han logrado mejoras de rendimiento de hasta un 10% (en general, para todos los tipos de mineral) y se esperan mayores beneficios cuando se implementen plenamente los refinamientos a las pautas de tronadura y todas las estrategias operativas M2M recomendadas.”
Molienda de Bolas Versus HPGR
Otra buena lectura es ‘Replacement of wet ball milling with high-pressure grinding ahead of separation’ (2022) (Sustitución de la molienda húmeda de bolas por la trituración a alta presión antes de la separación) de Gagnon et al.,3. También realizado como parte del desafío Crush It!, para este estudio, la firma canadiense de investigación y desarrollo, COREM, se asoció con la Universidad de Columbia Británica para desarrollar y demostrar el uso de rodillos de trituración de alta presión (HPGR) como reemplazo de la molienda húmeda de bolas.
“Aunque el HPGR ha hecho avances en la industria de los minerales, los numerosos desafíos a los que se ha enfrentado colectivamente para reemplazar la molienda de bolas fina, húmeda y de circuito cerrado han hecho que no se haya considerado seriamente para esta función,” dijeron los autores, citando múltiples problemas sin resolver que requieren investigación antes de que se pueda determinar la rentabilidad de un circuito de este tipo.
Se contactó a varios operadores canadienses de plantas de procesamiento de minerales como posibles casos de estudio, entre ellos los dos participantes finales del proyecto — Porcupine Gold Mine (PGM) y Copper Mountain Mine (CMM). Varios OEMs también aportaron su experiencia al proyecto, y los dos circuitos de conminución de la planta fueron auditados para la evaluación del rendimiento y la toma de muestras.
En este trabajo, los autores describieron los resultados: “El análisis de rendimiento funcional de las pruebas de prensa de pistón de circuito abierto y alta presión proporcionó el principal descubrimiento, y también cuantificó, que la eficacia de la trituración del material grueso (más 150 y 250 micras, respectivamente) aumentó entre un 25% y un 30% en ausencia de los finos,” dijeron. “Aparentemente, la rotura de partículas gruesas en el lecho compactado a alta presión se produce de manera mucho más eficaz sin la interferencia causada por la presencia de partículas finas entre ellas.”
El descubrimiento fue un buen augurio para el objetivo del proyecto de maximizar el ahorro de energía y destacó la importancia de una buena eliminación de finos por parte del clasificador de circuitos para lograr una alta eficacia de trituración de la máquina.
“Esto se suma a la función deseada del clasificador de no enviar material de tamaño acabado a la máquina, lo cual en sí mismo desperdicia su espacio y energía, y resulta en una trituración excesiva,” agregaron los autores. “Cabe señalar por separado que la eficacia del sistema de clasificación (CSE, por sus siglas en inglés) aumentó de una media del 65%-80% (con finos eliminados) durante las pruebas iniciales del pistón PGM, y del 72%-85% (con finos eliminados) durante las pruebas iniciales del pistón MMC.”
En ambos casos, el ahorro de energía del equipo de conminución por sí solo, y el ahorro de energía total del circuito en la etapa final, superaron el 60% y el 50%, respectivamente, y el rendimiento de la separación de minerales aguas abajo fue igual o mejor; lo que, literal y figurativamente, superó los objetivos del desafío.
Cómo Dimensionar Mejor los HPGRs
En su artículo, ‘Helping to reduce mining industry carbon emissions: A step-by-step guide to sizing and selection of energy efficient high pressure grinding rolls circuits’ (2022),4 (Ayudando a reducir las emisiones de carbono de la industria minera: una guía paso a paso para dimensionar y seleccionar circuitos de rodillos de trituración de alta presión energéticamente eficientes) Stephen Morell de SMC Testing Pty Ltd. proporcionó una nueva metodología basada en la potencia para evaluar y dimensionar los circuitos cerrados de HPGR en aplicaciones de minería de roca dura.
“Los circuitos HPGR tienen el potencial de reducir las emisiones de CO2 de la industria minera hasta en 34,5 megatoneladas/año, o en 43,5% en comparación con las alternativas establecidas de circuitos AG/SAG/molinos de bolas,” afirmó. “Sin embargo, la adopción de la tecnología HPGR ha sido relativamente lenta. Esto puede deberse en parte al hecho de que las costosas y demorosas pruebas piloto siguen siendo la norma para evaluar, seleccionar y dimensionar los circuitos HPGR. Esto contrasta con los circuitos AG/SAG/molino de bolas, en los que se utilizan metodologías basadas en potencia relativamente baratas, rápidas y eficaces.”
La investigación utilizó datos publicados recientemente de una serie de circuitos operativos a escala real para demostrar su validez en los circuitos HPGR-molino de bolas, así como en la combinación alternativa HPGR-HPGR más eficiente desde el punto de vista energético. Utilizando una nueva ecuación que tiene en cuenta la influencia de la fuerza de trituración específica en la eficiencia energética del HPGR, se demostró que el “método de Morrell” predice el rendimiento del HPGR de circuito cerrado con una precisión media del 6.5% y el rendimiento del circuito del molino de bolas con una precisión media del 3%.
“Los resultados de este artículo sugieren que las técnicas basadas en la potencia, incorporadas en el método de Morrell, son capaces de predecir con precisión el rendimiento del circuito HPGR/molino de bolas y, por lo tanto, son un enfoque fiable para evaluar, dimensionar y seleccionar HPGRs y molinos de bolas adecuados en escenarios de diseño totalmente nuevos,” afirma el autor.
Medios de Trituración: Nueva Forma, Mejores Resultados
El último artículo que destacaremos (aunque hay muchos más ejemplos excelentes disponibles en www.ceecthefuture.org) es ‘Rethinking Grinding Efficiency in Ball Mills’ (2021) (Repensando la eficacia de la trituración en molinos de bolas) de Chandramohan et al.5 En éste se explica cómo, a lo largo de los años, los conocimientos fundamentales obtenidos de la operación de los molinos de bolas han proporcionado vías energéticamente eficientes para aumentar el rendimiento y reducir las distribuciones del tamaño de trituración del producto a través de estrategias de optimización. Entre ellas figuran el control de los niveles de carga de las bolas, la distribución del tamaño de los medios, los diseños de los revestimientos y el cambio de los parámetros operativos, como las velocidades del molino, las densidades de alimentación y las operaciones del clasificador.
Sin embargo, como explicaron los autores, una de las estrategias menos exploradas es la compresión del efecto de la forma de los medios de trituración en la eficiencia de la trituración. La nueva empresa búlgara RELO ha desarrollado un novedoso medio tetraédrico que aumenta la densidad de empaquetamiento de la carga, lo que resulta en una mayor eficacia de trituración que los medios esféricos en aplicaciones de molienda de bolas. Las pruebas de laboratorio han demostrado una reducción >10% en el índice de trabajo de Bond para un molino de bolas equivalente que opera con una carga de medios esféricos.
“La evaluación detallada del método de elementos discretos [DEM, según siglas en inglés] que compara un molino de bolas convencional indica que la velocidad del molino y el diseño del revestimiento de la carcasa tienen un impacto significativo en la transferencia de energía para la trituración, lo cual pone de relieve el beneficio potencial combinado del uso de medios RELO y el diseño optimizado del revestimiento para mejorar aún más la eficacia de trituración del molino de bolas,” afirmaron los autores.
Axora, un mercado tecnológico para industrias pesadas con sede en el Reino Unido está ayudando a RELO a comercializar su solución. El CEO, Dr. Nick Mayhew, explicó a Equipo Minero: “Los medios de trituración RELO pueden mejorar drásticamente la eficacia de la trituración sin afectar el diagrama de flujo ni el equipo de trituración. La forma tetraédrica y los materiales de construcción específicos para cada aplicación (cerámica, alto contenido de cromo, etc.) aumentan la superficie activa para el proceso de trituración y crean un efecto de martilleo, además de chancado, lo que hace que el proceso sea mucho más eficiente.”
El aumento de la eficacia de trituración permite esencialmente que el molino SAG o de bolas funcione a una velocidad más baja, lo que reduce el consumo de energía hasta en un 40% (y las emisiones de CO2), y la reducción de la recirculación del material significa que en total se puede aumentar entre un 10%-40% para los mismos parámetros de entrada. La novedosa forma y la menor velocidad del molino también disminuyen el índice de desgaste tanto del revestimiento del molino como de los medios, lo que reduce el costo de los insumos y el tiempo de inactividad por mantenimiento.
“Es comprensible que las empresas mineras desconfíen de la introducción de nuevas tecnologías que podrían interrumpir su producción, por lo que estamos trabajando con Wardell Armstrong y otros laboratorios independientes para realizar pruebas en unas 25 operaciones hoy, incluidas tres de las 20 principales empresas mineras,” dijo Mayhew. “También estamos suministrando muestras de medios para que las operaciones puedan introducirlas en sus plantas con el fin de medir ellas mismas los impactos.”
Con el tiempo, el plan es licenciar la propiedad intelectual a los fabricantes de trituración establecidos para garantizar la alta calidad del producto y su fácil integración en las cadenas de suministro de la mina.
1, 2, 3, 4 y 5: Todos los trabajos a los que se hace referencia en este artículo están disponibles en www.ceecthefuture.org.
