Las trituradoras primarias son la clave para el procesamiento exitoso de minerales. Equipo Minero les preguntó a algunos de los fabricantes mundiales líderes sobre su conocimiento en esta tecnología y su práctica actual.
Por Simon Walker, Editor Europeo
Hay muchas cosas en juego para una trituradora primaria. Su entorno de trabajo es bastante difícil, siendo vital su fiabilidad. Para expresarlo en términos sencillos: sin una trituradora primaria, no hay producción. Tal como lo notó Equipo Minero en su artículo sobre este tema en marzo del 2011 (págs. 14-19), “una trituradora efectiva es un componente clave de cualquier sistema de producción de minerales, pavimentando el camino para todas las etapas posteriores en la tecnología de extracción. Si la trituradora deja de funcionar, la mina se detiene.”
En términos prácticos, una trituradora primaria, sea ésta una trituradora giratoria o de mandíbula, debe manejar todo lo que descarga la mina, y luego seguir funcionando. Podría necesitar asistencia de un puntero para martillos cada cierto tiempo, para manipular rocas de gran tamaño, pero aparte de eso, trabaja por sí sola.
Al margen del tiempo de mantenimiento planificado regular y el tiempo de parada necesario para reemplazar las piezas de desgaste, las trituradoras primarias están diseñadas para funcionar las 24 horas, manejando ritmos de producción que a menudo superan 100.000 toneladas métricas por día. Esto lo hacen con un consumo energético mínimo y un costo operativo óptimo.
Las trituradoras de mandíbula aparecieron por primera vez en la década de 1830; las trituradoras giratorias 50 años después, y rápidamente se demostró que a un tamaño de entrada igual, la trituradora giratoria podía procesar más del triple de tonelaje. A medida que las minas se volvieron más grandes, también tuvieron que hacerlo las trituradoras a cargo de manejar la producción. De esta misma forma, creció el tamaño de las instalaciones necesarias para albergar las trituradoras, tanto en superficie como bajo tierra.
La elección entre trituradoras giratorias y de mandíbula en instalaciones primarias depende de diversos factores, incluyendo el ritmo de producción requerido y el tamaño del producto, las características de las rocas sin cribar en términos de su tamaño, abrasividad y adherencia, el espacio de instalación y acceso disponible, y el sistema de alimentación y consideraciones presupuestarias-tanto actuales como en relación a cualquier necesidad posible de expansión. Para generalizar, un ritmo de producción menor, y restricciones de espacio y costos, favorecerán el chancado con trituradoras de mandíbula, mientras que la necesidad de triturar más material, o de crear una asignación para hacerlo así en el futuro, inclina la balanza hacia la más costosa trituradora giratoria.
Sin embargo, otros factores también influyen en el proceso para tomar la decisión. Por ejemplo, ¿se necesita una sola unidad para triturar toda la producción de la mina, o las variaciones de minerales son tales que el chancado por separado entrega mejores características de alimentación para los circuitos de recuperación posteriores? ¿Es necesaria la redundancia de la capacidad, en los casos en que parezca que las propiedades de la roca resultarán en tasas de desgaste elevadas, surgiendo así la necesidad de sacar de línea unidades, más frecuentemente, para su mantención? Por último, ¿se podría lograr el ritmo de producción requerido con un gasto de inversión menor, al usar dos trituradoras de mandíbula en paralelo en vez de una sola trituradora giratoria?
Sea cual sea el criterio, las decisiones deben ser las correctas; una trituradora primaria que no funciona según los requerimientos de la mina puede fácilmente amenazar la existencia de la operación. De ahí que los fabricantes mundiales continúen invirtiendo en el desarrollo de tecnología, para hacerla más confiable, más eficiente energéticamente y más productiva.
Equipo Minero les preguntó a expertos de varios proveedores sobre sus opiniones acerca de las tendencias actuales en chancado primario, y algunos de los asuntos que en la práctica están relacionados al chancado. Los entrevistados fueron Christian Melgar, Director de Línea de Producto para trituradoras giratorias y ventas estratégicas en Sandvik; Kevin Graney, Gerente de Desarrollo de Productos en Metso; Mark Krause, Gerente General en la división de procesamiento agregada de McLanahan Corp.; y Frank Drescher, Jefe del grupo de productos de tecnología de chancado para minería en ThyssenKrupp Industrial Solutions.
La Tecnología de Hoy
Equipo Minero enfocó su primera pregunta en los avances significativos que han ocurrido en la tecnología usada en estas trituradoras en los últimos 10-15 años. Melgar de Sandvik considera que estos avances incluyen la automatización y el diseño de un rodamiento de araña en las trituradoras giratorias.
Melgar afirma, “todas las trituradoras giratorias primarias de la serie CG de Sandvik ahora están equipadas con el sistema de regulación de configuración automática ASRi™. Mientras nuestro sistema de monitoreo e instrumentación de tanques (TIMS, por sus siglas en inglés) monitorea todos los auxiliares de la trituradora, asegurando así una lubricación óptima.”
“Las trituradoras giratorias de Sandvik también usan un rodamiento de araña esférico único, en vez del convencional buje en forma de guitarra. Esto mantiene la carga de chancado desde todas las direcciones, extendiendo la vida de la manga del eje principal y mejorando la disponibilidad de la trituradora, al eliminar prácticamente la necesidad de reemplazo del buje,” agregó Melgar.
Graney de Metso se refirió a aspectos de diseño, notando que mientras el tamaño de las trituradoras primarias no ha cambiado significativamente durante el período de revisión, el uso de herramientas de análisis de proceso ha permitido que la dinámica de la acción de chancado avance más hacia los límites del diseño. Graney afirmó, “el volteo, velocidad de giro y diseño de la cámara han avanzado para alcanzar una capacidad y un aumento en la energía de hasta un 15%, dentro de los mismos límites de la trituradora.”
Krause se refirió a la tecnología de las trituradoras de mandíbula. “Durante los últimos 10-15 años, muchas de las innovaciones desarrolladas para las trituradoras de cono se han incorporado en las trituradoras de mandíbula.” Krause agregó, “las trituradoras de mandíbula han empleado la descarga hidráulica, en lugar del antiguo plato de palanca; el ajuste hidráulico; e incluso variaciones de carrera y velocidad. Todo esto proporciona un funcionamiento y disponibilidad mejor. La capacidad de una trituradora para pasar materiales que no se pueden chancar y luego reiniciarse brinda un funcionamiento sin problemas.”
Según Drescher de ThyssenKrupp, ha habido importantes avances respecto al funcionamiento, mantención y fiabilidad. “Por ejemplo, en la serie giratoria KB de la compañía, la potencia de accionamiento aumentó a 1,2 MW, a través del uso de un diseño mejor del dentado en el engranaje cónico, mientras todas las trituradoras TKIS ahora tienen una abertura de alimentación de 1,6 metros, lo cual es mejor para las operaciones de alimentación directa.”
Drescher agrega, “los diseños de las trituradoras de mandíbula han mejorado en muchos aspectos, y hemos desarrollado una versión para roca dura de la trituradora de mandíbula de una sola palanca de la serie EB, que tiene una carcasa atornillada, más rígida, y volantes y rodamientos más grandes. Y para ambos tipos de trituradoras, TKIS desarrolló avanzados sistemas de monitoreo en línea que ayudan con la mantención preventiva, la optimización y la solución de problemas.”
Desarrollos en el Material de Desgaste
La capacidad de las piezas de desgaste para funcionar efectivamente es vital para las operaciones de trituración. Equipo Minero hizo la siguiente pregunta, ¿cómo los desarrollos del acero y de los materiales de desgaste durante este período han contribuido a estos avances?
Krause: “Los avances del acero nos han permitido construir trituradoras más livianas que tienen una mejor durabilidad.”
Melgar: “Actualmente ofrecemos dos tipos distintos de aleaciones que pueden prolongar la vida del revestimiento dependiendo de las características del mineral. Para minerales muy abrasivos también ofrecemos el uso de una aleación de alto contenido en cromo para las filas cóncavas, para darles mayor vida útil.”
Graney: “Continuamos desarrollando nuevas aleaciones para las piezas de desgaste, ofreciendo a los usuarios muchas opciones. Además, herramientas de monitoreo de la vida real pueden analizar los perfiles desgastados, para retroalimentar a los diseñadores y optimizar así el diseño de la cámara.”
Drescher: “Con los costos de operación cada vez más importantes, el foco de la optimización constante es el ciclo de vida de los revestimientos. Además de diseños personalizados, tenemos disponibles varias cualidades materiales de los revestimientos.”
Mejora de la Fiabilidad
Dado que la fiabilidad es un elemento clave en la operación de trituración, Equipo Minero les preguntó a los expertos qué es lo que los fabricantes mundiales están haciendo para mejorar la fiabilidad aún más.
Graney: “Con herramientas de diseño avanzadas, el diseño del producto a través del uso eficiente de materiales, junto con métodos mejorados de inspección, contribuyen a la creación de componentes duraderos y confiables. La educación y entrenamiento tanto de operadores como del personal de mantención es importante para la operación eficiente de la trituradora. Metso ofrece muchas opciones de entrenamiento, incluyendo el entrenamiento del operador, entrenamiento de procesos y de mantención.”
Melgar describió algunas de las mejoras que Sandvik ha introducido para ayudar en esta dirección, y para hacer sus trituradoras lo más resistentes posibles. “El rodamiento de araña esférico único, mencionado en mi respuesta a la primera pregunta, es muy importante. También hay un moderno sistema de automatización que monitorea el sistema todo el tiempo.”
Melgar agrega, “nuestra nuez de desgaste tiene un diseño de contacto metálico para evitar un posible daño a la tuerca de cabeza producido por grandes bloques, mientras el diseño de nuestro tanque ofrece una bomba de reserva y un filtro de reserva para cada línea de lubricación.”
Krause: “El uso de la hidráulica para el ajuste y descarga ha traído una mejor fiabilidad a estas máquinas.”
Drescher: “Estamos constantemente trabajando en la optimización de todos los componentes mecánicos de nuestras trituradoras. Algunos ejemplos de esto son el dentado ciclopaloide curvo en el engranaje cónico, usando bujes de gran tamaño con propiedades antipinchazos, acoplamientos de seguridad hidráulicos y sistemas de lubricación redundantes.”
Drescher afirma, “también estamos realizando esfuerzos especiales para mejorar el monitoreo y control de la trituradora. TKIS proporciona sus máquinas con un sistema de control PLC, que permite que todos los parámetros de operación sean observados y desplegados, además de brindar información interactiva para cambiar la configuración de las trituradoras. También ofrece una evaluación remota en línea de los datos operacionales que puede utilizarse para la solución de problemas, la optimización y la mantención preventiva a través del sistema de teleservicio de la compañía.”
Eficiencia Energética más Alta
El uso de la energía es una consideración cada vez más importante en toda el área minera y de procesamiento de minerales. Los entrevistados le dieron a Equipo Minero sus opiniones sobre lo que están realizando para ayudar a reducir las necesidades energéticas en el chancado primario, en términos del diseño de las trituradoras y la mejora en la fragmentación de las rocas antes de que lleguen a la trituradora.
Krause es de la opinión que el chancado químico siempre es más barato que el chancado mecánico. “La realización de estudios sobre la fragmentación usando herramientas de software como Wipfrag ayuda a conseguir un mejor entendimiento del efecto de diferentes patrones de explosión y materiales.”
Graney: “El uso de estrategias más agresivas de explosión tendrá beneficios importantes en el uso total de energía del circuito (tal como en el circuito de molino de bolas SAG), y tendrá algunos beneficios en la etapa primaria de chancado. Mientras por diseño las trituradoras giratorias primarias son eficientes energéticamente, el diseño de la cámara tiene un gran efecto en el consumo de energía, y mantener el perfil a través de su ciclo de vida tiene una importancia adicional. Metso continúa investigando opciones energéticas que históricamente no han sido usadas en operaciones con trituradoras giratorias primarias.
“Los malos hábitos operacionales, como funcionar con una cámara baja e intentar triturar un volumen de gran tamaño, también puede contribuir a ineficiencias en el uso de energía.”
Melgar está de acuerdo, y señala que para las trituradoras primarias, el consumo energético por tonelada de alimentación, de normalmente menos de 1 kWh/t, es insignificante en comparación al fino proceso de molienda. Sin embargo, el agrega, “Al contar con una explosión eficiente y controlada, la correcta fragmentación del material de alimentación ayudará a asegurar que el material descienda a la cámara de chancado, reduciendo el voltaje máximo y mejorando la eficiencia energética del chancado.
Finalmente, Melgar afirma, “la instalación de motores eléctricos más eficientes mejorará la eficiencia del chancado, lo que significa que más energía puede ser consumida para una reducción de tamaño.”
Servicio de Simplificación y Aceleración
La reducción de los tiempos de parada es importante para el funcionamiento de las trituradoras, por lo tanto, ¿cómo los fabricantes están diseñando sus trituradoras primarias para hacerlas de uso más fácil y más económicas en su mantención?
Krause: “Dado que al parecer las trituradoras primarias están localizadas en un espacio estrecho cerrado con llave y con acceso limitado, los fabricantes están diseñando máquinas en las que las áreas principales de mantenimiento sean accesibles desde los lados de la máquina. Esto es más seguro y no requiere ningún desmantelamiento de los equipos o estructuras adyacentes para trabajar en la máquina.”
Melgar examinó algunas de las características que Sandvik ofrece en sus trituradoras para ayudar a reducir los costos de operación, citando el diseño del rodamiento de araña esférico, y el uso de pernos de fijación del revestimiento cóncavo que se proyectan a través de la cubierta superior e inferior. “También usamos un diseño de contacto metálico en la nuez de desgaste, haciendo más fácil poner la nuez de desgaste en la posición correcta y asegurando un espesor uniforme de compuesto plástico alrededor de ésta.”
“Las trituradoras Sandvik están equipadas de forma estándar con gatos hidráulicos para que se afloje el ensamblaje del rodamiento de araña de la cubierta superior durante la mantención, y podemos suministrar ‘súper tornillos’ para el rodamiento de araña que sólo requieren herramientas manuales para la sujeción y aflojado de los tornillos.”
Graney: “Herramientas especializadas, como carruseles y bandejas cóncavas, y máquinas con ajuste cóncavo, simplifican las actividades de mantención regulares y reducen el tiempo de parada de las trituradoras.” Graney observa que los incrementos en la monitorización, recolección y análisis de datos pueden ayudar a predecir el ciclo de vida de los componentes y puede usarse para notificar a los operadores de cualquier necesidad de mantención. “Estas alertas pueden ayudar en la planificación del tiempo de parada programado,” explicó Graney.
Corrección de Malas Prácticas
Como con cualquier pieza de maquinaria, los operadores de las trituradoras pueden caer en malos hábitos o simplemente no tener el conocimiento de cómo optimizar el funcionamiento de las trituradoras. Equipo Minero les preguntó a los entrevistados sobre errores comunes que ellos observan en la operación de trituradoras primarias, y qué aconsejan a los usuarios para un mejor uso.
En relación a las trituradoras giratorias, Graney nos recuerda que estas funcionan mejor cuando están llenas de material, por lo cual mantener la cámara llena conduce a una mejor eficiencia de las trituradoras. “A menudo las trituradoras son operadas por largos períodos con poco o nada de material, por lo tanto los usuarios trabajarían mejor si operarán por menos horas pero con una mayor utilización-y aún mantener los requisitos diarios de producción. Una baja utilización es menos eficiente energéticamente, y produce un mayor desgaste por tonelada.”
Graney agrega, “también es común que los operadores ajusten la configuración de las trituradoras giratorias primarias según las necesidades de la planta o el consumo de energía. Pero es necesario entender que la cámara de una trituradora giratoria está diseñada para una configuración específica (OSS), y operar fuera de esta configuración puede significar un tonelaje reducido, un consumo de energía más alto, un desgaste irregular, y puede forzar las concentraciones en la cámara.”
“Si hay cambios en el material (más duro, más suave, más grande, más pequeño, etc.), entonces contacte a los especialistas del fabricante original de equipos. Hay maneras de hacer una trituradora más eficiente a través de cambios en las piezas de desgaste, con diferentes aleaciones o perfiles alternativos, en lugar de cambiar la configuración.”
Krause se enfocó en el sistema de alimentación para una trituradora primaria. “Uno de los errores más grandes es reducir el tamaño de la tolva de vaciado. Estolleva a operaciones de transporte y carga ineficientes, lo que luego conduce a una alimentación inconsistente a través del circuito primario.”
“Las tolvas más pequeñas también pueden llevar a inundar el alimentador primario, y luego la trituradora. Un alimentador vibratorio no es una herramienta de cribado eficiente para comenzar; cuando inundamos la zona de separación, más material de tamaño pequeño entra en la cámara, acabando con la capacidad de la cámara y su potencia.”
Melgar afirma, “en primer lugar, se trata de un entrenamiento adecuado. Tanto el entrenamiento del operador como del personal de mantención es muy importante y no debe ser subestimado.”
“La fragmentación es un área que puede ser mejorada-los bloques grandes tienden a extenderse, y necesitan el uso frecuente de un martillo hidráulico, por lo cual la producción baja. Y si una trituradora giratoria no comienza después de muchos intentos a aflojar el material atascado con el martillo, entonces la evacuación del material es el curso de acción apropiado. El martilleo continuo podría atascar aún más el material, y en algunos casos podría incluso dañar la trituradora,” agrega Melgar.
Hay que evitar siempre que sea posible, poner en la cámara trituradora objetos que no puedan triturarse. Melgar comentó con Equipo Minero que es necesaria una comunicación proactiva entre el operador de la pala y los conductores de los camiones, con tal que objetos que no puedan triturarse como los dientes de la pala puedan ser detectados antes que terminen en la trituradora. “Usar la trituradora para descubrir cosas como esa puede llevar a fallas costosas—pero lo más importante, a tiempos de parada.”
“Últimamente, sensores defectuosos en la tolva de descarga pueden causar que el material se acumule y se devuelva hacia la trituradora desde abajo. Siempre use dos o más sensores bajo la trituradora, preferentemente de distintas tecnologías, para asegurarse de que si uno falla, hay otro que puede hacer sonar la alarma si los niveles suben mucho,” aconseja Melgar.
Manejo de Rocas más Duras
Todos los expertos concordaron en que ha habido una notoria tendencia de las minas de cobre y oro, particularmente, en el trato dado a las rocas más duras, mientras, a menudo, aumenta la profundidad de la mina y las rocas erosionadas cercanas a la superficie están agotadas. ¿Qué opciones tienen las minas para mantener la producción a través de trituradoras primarias bajo estas condiciones?
Drescher: “Es un hecho que la trituradora primaria puede crear un cuello de botella al principio de la recuperación de mineral si no se selecciona apropiadamente en términos del tipo y tamaño, y esto es particularmente importante si las minas se encuentran en la situación cuando la roca se pone más dura. Si el tipo de trituradora escogida no sirve para el propósito, existe un riesgo mayor de daño mecánico—incluso una falla completa de la trituradora—altos índices de desgaste, mayor tiempo de inactividad, menor disponibilidad y costos más altos.”
Melgar afirmó que las trituradoras giratorias primarias de Sandvik poseen el sistema ASRi que monitorea el consumo de energía, la presión hidroset y la posición principal del eje en tiempo real, adaptando la configuración de la trituradora para enfrentar la curva de alimentación y las variaciones de dureza de la alimentación.
Graney: “Comúnmente, una trituradora giratoria primaria tendrá una capacidad volumétrica similar, independiente de la dureza, a menos que la roca sea considerablemente más dura. La mayor parte del tiempo la disminución en la capacidad se debe a una alimentación más tosca en la producción sin cribar. En cualquier caso, podemos observar el incremento del volteo, velocidad u OSS,” explicó.
Krause: “Mientras el radio de reducción esté dentro de los límites de diseño de la máquina, la roca más dura no debiese ser un problema,” señaló. “Muchas ocasiones, una trituradora de mandíbula está hecha estrictamente para ajustarse a los cuellos de botella a futuro, por lo que se compromete el ángulo de agarre—afectando, por lo tanto, el desempeño.
“Con ángulos de palanca más pronunciados en las máquinas de hoy en día, la zona muerta—o el área donde hay muy poco chancado—es minimizada, permitiendo más reducción a través de la cámara.”
El Momento de la Bola de Cristal
Nuestra última pregunta se enfoca en las predicciones de los expertos para los desarrollos de la tecnología durante la próxima década.
Graney: “Es poco probable que disminuyan los requisitos de capacidad para las trituradoras, por lo que será necesario el aumento de esta. Y, por supuesto, el aumento en la capacidad necesitará llegar sin aumentos importantes en el precio o huella de la trituradora.”
“La eficiencia energética también será importante; como maximizar el resultado mientras se minimiza el uso de energía. También creemos que trituradoras primarias más móviles y más pequeñas pueden aumentar su popularidad para reducir los costos de transporte y permitir la flexibilidad en las operaciones,” dijo.
Melgar: “Uno de los mayores desafíos será mejorar los materiales de desgaste. Hoy en día, la parada de producción programada más larga es para el cambio de un revestimiento. Nuevos materiales resistentes al desgaste que prologan los intervalos de mantención aumentarán la disponibilidad de la trituradora,” predijo.
Krause observó la forma en que funcionan las trituradoras, y como esto puede ser mejorado. “Se necesita hacer más trabajo en la carrera y velocidad para determinar la mejor combinación para aplicaciones específicas,” afirmó, añadiendo además que es probable que mayores niveles de automatización sean aplicados a las operaciones de la trituradora primaria.
Drescher: “En TKIS, estamos viendo una clara tendencia de las minas por la necesidad de ritmos de producción cada vez más altos—no solo debido a grados de mineral más bajo, sino que también por la necesidad de usar economías de escala para reducir los costos de operación. Esto es similar a la tendencia que se puede ver con el tamaño de los camiones mineros,” señaló.
“Está creciendo la demanda por instalaciones de chancado primario de alta capacidad, que manejan desde 8.000 mt/h hasta más de 10.000 t/h” continuó, “y la tendencia continuará. Esto en cambio requerirá trituradoras primarias más poderosas. Mientras actualmente proveemos nuestras trituradoras giratorias de 1,60 x 2,90 m para instalaciones como esta, pronto seremos capaces de ofrecer la siguiente generación de nuestras trituradoras primarias más grandes, más compactas, más confiables, e incluso, con un mejor rendimiento.
Drescher añadió, “Además, creemos que la demanda por sistemas de chanca en corta y transporte no será estable, sino que aumentará a futuro. El aumento en los costos de trabajo, combustible y consumibles, y la tendencia de regulaciones gubernamentales más y más estrictas, y de regímenes fiscales relacionados con las emisiones de gases de efecto invernadero—siendo estos el motor de las compañías mineras—llevan a repensar los métodos mineros convencionales de pala y camión.
“Junto con la necesidad de aumentar los índices de extracción para utilizar las economías de escalas, y para reaccionar a grados de mineral en declive, las plantas de chancado primarias semi-móviles de gran escala utilizadas en conjunto con los sistemas de transporte podrían ser la cara de la minería en el futuro; tanto para el procesamiento de minerales como de desechos.”
Y esta opción no es solo para las minas de superficie, con sistemas de minería masiva de alta capacidad ahora siendo utilizados ampliamente bajo tierra. “Estamos viendo más minas—tanto subterráneas como a tajo abierto—que están siendo convertidas a este tipo de operación, ya sea como hundimiento de bloques o usando la extracción convencional,” señaló. “Dada la necesidad de reducir el costo de excavar túneles y cavernas, el desafío con respecto a las tecnologías de chancado primario será el de entregar máquinas que, por una parte, puedan procesar importantes tonelajes de grandes tamaños de alimentación de roca dura, mientras que por otra parte tengan un diseño compacto, de bajo perfil y donde la flexibilidad pueda ser ajustada cuando se requiera.”
Cualesquiera sean las realidades en el futuro, una cosa es clara: la trituradora primaria es la pieza clave, sin la cual el resto del proceso de recuperación de mineral se vuelve impotente. En términos simples, actualmente la tecnología abarca un sistema interconectado altamente complejo que involucra fuerza mecánica, el uso de materiales apropiados resistentes al desgaste, técnicas de control finamente ajustadas y un fuerte suministro de lubricación que se unan dentro de una máquina que pueda resistir las más duras condiciones de trabajo de manera confiable. Esto, de seguro, no va a cambiar.
