Procesos de conminución: Perspectivas actuales y futuras

El conocer cómo se fracturan los materiales entrega la base teórica para construir modelos que permiten predecir las curvas de distribución de tamaño a cada proceso.

* Por Magín Torres, metalurgista senior Compañía Minera Vizcachitas Holding y académico del Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de Chile.

 

Magin TorresLa reducción de tamaño es uno de las disciplinas más antiguas de la ingeniería y su desarrollo está fuertemente ligado con la expansión de la agricultura, para el cultivo del trigo durante el Neolítico y durante la Edad de Bronce, con el desarrollo de la metalurgia.

En la minería metálica y no metálica, los procesos de conminución corresponden a la primera operación unitaria del proceso minero y sus funciones son las siguientes: liberar especies de interés económico para su posterior concentración, aumentar el área superficial de las partículas para favorecer las reacciones químicas y obtener una granulometría de producto adecuada.

Los principales equipos de conminución utilizados en la actualidad corresponden a chancadores, rodillos de alta presión, molinos SAG, molinos de bolas y molinos verticales.

Si bien hemos mencionado que el campo de acción de los procesos de reducción de tamaño en el procesamiento de minerales es amplio, este artículo se enfocará principalmente en procesos de concentración de sulfuros de cobre por flotación. Los aspectos a considerar al momento de seleccionar el proceso de conminución son:

– Menores consumos de energía. Los procesos de conminución consumen del orden de 40% a un 60% de la energía total de la operación y concentran la mayor parte de los costos de proceso. Esto cobra aún más relevancia en la medida de que los procesos están siendo automatizados. Adicionalmente, también requieren del mayor consumo de agua dentro del proceso de concentración con el objetivo de diluir la pulpa para su posterior clasificación.

– La distribución de tamaños de las especies de valor económico. La elección de la tecnología de reducción de tamaño debe generar una curva de producto tal que permita liberar y recuperar las especies maximizando el valor del negocio.

Este último punto menciona los focos principales de esta disciplina: El conocer cómo se fracturarán los materiales bajo diversos mecanismos de ruptura, de modo de mejorar el rendimiento global de la operación y cuantificar sus efectos en los procesos aguas abajo.

Energía versus tamaño

Desde el Siglo XVI los centros de investigación se han enfocado en desarrollar relaciones de energía versus tamaño, siendo el trabajo más importante el realizado por Fred Bond. La historia de la génesis de la ecuación de Bond es una historia que nos deja la lección de que con poca información de calidad y un buen análisis se pueden lograr grandes avances. A inicios del Siglo XX existían numerosos fabricantes de molinos que estimaban sus rendimientos basados en criterios expertos, test propios y con correlaciones sustentadas con datos de escasas operaciones. Bond logró compilar toda esta experiencia de modo de generar una metodología y una prueba de laboratorio robusta, que permitió uniformar el dimensionamiento de estos equipos y que se encuentra vigente hasta el día de hoy.

El auge y desarrollo de la ciencia de datos nos permite replicar la metodología de Bond, utilizando grandes bases de datos y herramientas de análisis para construir aplicaciones que nos ayuden a tomar decisiones supervisadas o no supervisadas en el control de procesos, y para estimar los rendimientos de la operación para el proceso de planificación de la producción.

Sin embargo, la información histórica no es suficiente como para predecir el rendimiento de la operación. Es necesario conocer el comportamiento del mineral ante los mecanismos de fractura principales (impacto, compresión y abrasión) que gobiernan cada proceso, además de la energía requerida para reducir de tamaño. Afortunadamente, existen pruebas de laboratorio que logran emular el comportamiento del material bajo estas condiciones, pero sólo son válidas cuando este material es representativo de un contexto geológico y de un plan minero. En esta etapa es fundamental la colaboración del grupo de geología en la caracterización litológica, principalmente en las brechas. Al ser estas una roca de composición y tamaños heterogéneas, el conocer la proporción y tamaño clasto/matriz son importantes para diseñar y predecir el comportamiento en las etapas de conminución gruesas y bajo impacto.

Tamaño de equipo y partículas

El conocer cómo se fracturan los materiales nos entrega la base teórica para construir modelos que permiten predecir las curvas de distribución de tamaño a cada proceso. Actualmente estamos enfrentados a yacimientos de baja ley que nos llevan a seleccionar equipos cada vez más grandes para lograr los requerimientos de fino. Esta tendencia a utilizar equipos de mayor tamaño necesita de la actualización continua de modelos y simuladores que deben incluir estos efectos de escalamiento sobre los mecanismos y las tasas de fractura.

Un buen ejemplo de cómo se han desarrollado estos conceptos a través del tiempo es la tecnología HPGR. Comenzó como una alternativa atractiva por sus bajos consumos específicos de energía con respecto a los circuitos convencionales y SABC-AB, sin embargo, desde la primera experiencia en cobre en Cyprus Sierrita (1995) hasta la actualidad, esta tecnología ha mostrado una sólida experiencia operacional, se han construido modelos robustos y cuenta con una nutrida base de pruebas a nivel de laboratorio/piloto. Esta madurez ha logrado que la mayoría de los grandes proyectos mineros de la última década hayan seleccionado esta tecnología: Cerro Verde, Salobo, Cuajones y Sierra Gorda.

Otro corolario del trabajo realizado por Bond es que siempre es más ventajoso reducir de tamaño a las partículas más grandes. Por lo tanto, el foco de eficiencia energética siempre estará en disminuir el tamaño de partículas en la etapa de tronadura. Este ahorro de energía es mayor aún si consideramos aumentar el tamaño del producto de molienda.

Los efectos de las partículas gruesas en la flotación son conocidos, sin embargo, no es imposible migrar hacia esa dirección: en la actualidad existen faenas que llevan una larga historia operando a P80 mayores que el promedio (+240 micras) como Morenci, Andina y Chuquicamata; además del avance en la tecnología de flotación de partículas “gruesas” (800 micras). Aparte de las ventajas del punto de vista energético, operar a P80 gruesos favorece las tasas de sedimentación en los espesadores de relaves, mejora la calidad de las arenas del muro de los tranques convencionales y a aumenta las tasas de filtrado de relaves. La actual crisis hídrica, además de los costos de impulsión y tratamiento de aguas para el proceso, nos lleva a migrar hacia estas tecnologías o estrategias operacionales que mejoren el uso de este recurso.

El moler más grueso también obliga a buscar otra estrategia de los equipos de clasificación. Es fundamental encontrar un equilibrio entre la energía aplicada sólo a las partículas que necesitan ser fracturadas y a la cantidad de finos que se debe recircular.

Sin perder el objetivo de liberar las especies de interés, para tamaños de productos bajo 1mm se prefiere utilizar tecnologías en que la abrasión sea predominante. Actualmente los molinos verticales son un estándar en los procesos de remolienda, pero se debe avanzar en el desarrollo de modelos y pruebas batch que permitan realizar evaluaciones tempranas con un respaldo técnico bancable.

El futuro de la conminución no está en el gigantismo de equipos, está en conocer el comportamiento de las características de los materiales alimentados de modo que las tareas de reducción de tamaño sean repartidas de forma adecuada en función de su mejor respuesta ante cada mecanismo de fractura. Estas etapas deben ser sintonizadas de modo que los efectos aguas abajo sean beneficiosos, tanto en consumos energéticos como hídricos, y de esta forma cuantificar sus efectos con el objetivo de maximizar el valor del negocio.

Sobre el autor

Magín Torres posee una Magíster en Ciencias de la Ingeniería mención Metalurgia Extractiva de la Universidad de Chile (2010) y también es ingeniero de Minas de la misma universidad (2010).

Con más de diez años de experiencia laboral, ha desarrollado su carrera profesional principalmente como consultor de procesos, involucrado en diseño de plantas, optimización de activos, procesos de due-diligence y construcción de modelos geometalúrgicos en diversas operaciones de cobre, oro y hierro ubicadas en Chile, Brasil, Perú y Argentina.

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