CSIRO APLICA – Ciencia aplicada en relaves mineros
Aumento de la concentración de sólidos en el underflow en espesadores de relave
Claudia Castillo, Philip Fawell, Chris Solnordal
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Es sabido que las operaciones mineras enfrentan una serie de restricciones relacionadas con aspectos operacionales como consumo de agua y energía, productividad y licencia social para operar.
Una respuesta común para afrontar estas restricciones es “aumentando la concentración de sólidos del underflow en los espesadores de relaves”. Esto permitiría retornar una mayor cantidad de agua a planta, incrementar la productividad -frente a una disminución de agua fresca disponible- y disminuir algunos de los riesgos de falla en el depósito de relaves.
La intención de apuntar a aumentar la concentración de sólidos del underflow de los espesadores se entiende, pero no necesariamente es la correcta. Esto, dado que la pulpa espesada responde realmente a la reología de la suspensión, la cual es determinada no sólo por la fracción de sólidos presente en ella, sino también por su mineralogía, el tamaño y la forma de las partículas, y cualquier agregado de partículas que se forme. Por lo tanto, el verdadero objetivo que se debe buscar es el de obtener un equilibrio entre la concentración de sólidos en el underflow y la reología permitida por diseño.
Dicho esto, a continuación, resumimos algunas de las preguntas típicas que nos hacemos al enfrentar la necesidad de aumentar la concentración de sólidos del underflow de espesadores de relave:
¿Es realmente posible aumentar la concentración de sólidos del underflow?
A menudo nos encontramos con operaciones que tratan de luchar contra la física, por ejemplo, generan una molienda más fina, pero luego se preocupan porque la concentración de sólidos del underflow disminuye.
Para resolver esta pregunta, el enfoque más apropiado es determinar la reología de la pulpa floculada bajo las condiciones de proceso, considerando las características e interacción de las fases que componen la pulpa (sólido y líquido) y las restricciones dadas por el diseño del espesador y el sistema de transporte de pulpa. Una vez definido lo anterior, es posible comprender el alcance que se puede lograr con cualquier tipo de mejora realizada a los espesadores.
¿Es la floculación la que limita la concentración de sólidos del underflow?
El floculante (tipo, dosis y dilución) y las condiciones de floculación en el feedwell (puntos de adición de floculante, concentración de sólidos, mezcla), pueden ser optimizados para lograr la máxima densidad de la pulpa espesada.
Para estudiar lo anterior, se recomienda realizar pruebas de laboratorio en cilindros de sedimentación batch, con el fin de determinar la variación en las propiedades de la pulpa espesada bajo diferentes condiciones de floculación y productos utilizados. Una vez finalizados los ensayos de laboratorio, se debe tener especial cuidado con las dosis de floculante empleadas en la operación, dado que a menudo se observa que las dosis aplicadas en la operación son mayores debido a condiciones de funcionamiento del feedwell insuficientes. Si la dosis de floculante es más alta que la requerida, el factor que más limitará la concentración de sólidos del underflow será sin duda el uso excesivo de floculante.
La operación del feedwell, ¿permite aumentar la concentración de sólidos del underflow?
Una operación o diseño del feedwell inadecuados podrían afectar el rendimiento del espesador. En general, el feedwell de un espesador debe cumplir varias funciones: disipar la energía de la alimentación, promover condiciones de floculación óptimas (en términos de mezcla y a veces de dilución), ser capaz de operar adecuadamente bajo diferentes condiciones de la alimentación (flujo volumétrico, másico) y generar un flujo de descarga uniforme a la salida de este.
Por ejemplo, una descarga asimétrica del feedwell puede provocar que los sólidos se asienten hacia un lado del espesador más que al otro, generando un aumento y bajada de torque repentinos (tipo diente de sierra), limitando la operación. También, una descarga simétrica y no homogénea puede llevar a que el área de sedimentación no se utilice completamente, disminuyendo la capacidad de espesamiento.
El monitoreo de la altura de cama, de la superficie del espesador y revisiones de la concentración de sólidos en el radio del estanque del espesador, permiten identificar problemas de descarga del feedwell. Los estudios utilizando fluidodinámica computacional (CFD) son una buena herramienta para estudiar el diseño y operación de un feedwell, ya que ayudan a identificar el problema en detalle y sus posibles soluciones.
¿La cama del espesador está siendo movida por las rastras de forma apropiada para su descarga?
El movimiento de las rastras puede promover una deshidratación adicional de los relaves. Esto implica que el diseño de este sistema debe proporcionar una vía para que el agua liberada salga de la cama del espesador y se dirija hacia el overflow, así como asegurar una entrega uniforme de material al underflow. Algunos problemas de operación de rastras se relacionan con el diseño de los raspadores de la rastra (tamaño y espaciado), la presencia de partículas gruesas y exceso de floculante.
Un exceso de entrega de material por los raspadores exteriores de la rastra podría causar recirculación, lo que puede dar lugar a zonas muertas y a un tiempo de residencia de sólidos excesivo, disminuyendo el rendimiento del sistema.
La presencia de partículas de un tamaño mayor a 250 µm puede llevar a torques más altos de lo esperado, su remoción antes del espesador puede permitir a las rastras un mejor desaguado y mejorar la continuidad operacional, incluso si esto disminuye la concentración de sólidos del underflow.
Cuando la estructura de las rastras es adecuada, pero las condiciones de floculación conducen a dosis excesivas, se puede observar la formación de una “rosquilla” de sólidos que rotará con el rastrillo y obstaculizará la consolidación del lecho.
La concentración de sólidos del underflow es un factor clave en un proceso de espesamiento de relaves, ya sea debido a limitaciones en el uso de agua fresca (que impacta en el nivel de tratamiento deseado), uso del espacio en el depósito o en su efecto en las características geotécnicas del relave una vez depositado. Definir adecuadamente los objetivos, alcance y prioridades que impondremos en el funcionamiento de un sistema de espesamiento es fundamental a la hora de abordar este proceso. La ciencia aplicada de CSIRO es un factor transformador en este sentido, la investigación detallada del proceso de floculación y espesamiento a través de herramientas de análisis de laboratorio y/o modelamiento computacional avanzado, pueden permitir la optimización de espesadores en operación y generar soluciones colaborativas y, sobre todo, proactivas.
Fig.: Impacto de la entrada dividida de alimentación en la formación de agregados en un feedwell abierto de gran diámetro – las líneas de flujo se muestran como esferas, y están coloreadas por el tamaño medio de los agregados formados (rojo >500 µm)
Más adelante pondremos a su disposición artículos que podrán responder a las preguntas acerca de “¿Cómo llevar a cabo test sedimentación de forma correcta (y cuál es la escala apropiada)?” y “¿Cuándo utilizar CFD como herramienta para evaluación del funcionamiento de un espesador?”