Una visión a largo plazo para el manejo de residuos

junio 25, 2018
Los residuos son inevitables en la industria minera, pero eso no significa que tengan que ser una molestia. Los espesadores y filtros prensa les permiten a los productores gestionar los residuos y obtener productos que podrían ser aptos para la venta, y generar agua de proceso limpia y reciclable.

Residuos. Desechos. Relaves. Incluso para aquellos que no se relacionan con la industria minera, resulta obvio por cómo se llaman (rechazos, lamas) que no los veremos siendo utilizados por las estrellas en la alfombra roja, ni que nos darán majestuosos aumentos, ni que produciremos energía a partir de ellos. Estamos en la minería porque los materiales que extraemos tienen valor y demanda. A medida que, debido a los procesos de refinación, este valor se reduce a volúmenes cada vez más pequeños, descartamos los materiales empobrecidos o de bajo valor y, como parte de nuestra naturaleza humana, nos centramos en los valiosos: el oro, el carbón limpio, los mejores áridos. 

No es ninguna revelación que las “malas gestiones” de residuos de las empresas mineras en el pasado atormentan a todos los sectores de la industria hasta el día de hoy. Sin embargo, lo que la mayoría de las personas no saben, es que hemos sido muy conscientes de que a fin de permanecer en el negocio, obtener nuevas propiedades, sostener el modo de vida moderna, la forma en que gestionamos o pensamos gestionar los residuos es tan importante para el éxito de la industria como los mismísimos yacimientos. 

La mejor manera para pensar el tratamiento de los residuos es responder esta pregunta: “¿Qué imagina como solución a largo plazo?” En general, esto depende de las características de los residuos. Si los residuos están compuestos por partículas relativamente gruesas (>38 micras), la respuesta puede ser tan simple como enviarlos a ciclones a fin de recuperar las partículas y construir represas para contener la descarga de los ciclones con los finos restantes.

Por muchas décadas, este método se ha utilizado tanto para acumular o almacenar residuos, y también con el fin de clarificar agua para reciclarla a la planta de procesos. ¿Qué puede ser más barato que cavar un pozo o construir una represa y dejar ahí los desechos de nuestra industria? Este plan ciertamente tiene sus costos asociados. Los dos lamentos más comunes son: “No tenemos suficientes zarandas” y “Las piscinas se están llenando”. El dragado de una piscina a fin de hacer lugar para los desechos futuros puede no ser un costo operativo de todos los días, pero cuando hay que hacerlo, quien lo realiza cobra muy bien por sus servicios. Por supuesto, se podría construir otra piscina, pero esto no siempre es posible por cuestiones de espacio o permisos. Además, existe la posibilidad de que las piscinas se encuentren sobre reservas a las que se tenga que acceder alguna vez. También se debe considerar la pérdida de agua de proceso por evaporación o percolación.

Además de los costos asociados a las piscinas, también se deben tener en cuenta los riesgos. Entre los riesgos para las personas, hay que considerar que los trabajadores deberán realizar tareas dentro o cerca del agua para el mantenimiento de las piscinas o a fin de construir estructuras de lagunaje aún más elevadas. El impacto social y ambiental por una falla de lagunaje es aún más grave, además de posible, y se debe considerar seriamente en todos los análisis de riesgo. Reducir estos riesgos lo más que se pueda es una obligación de nuestra industria. 

Espesadores

Si los residuos son más finos (<38 micras) y las piscinas siguen siendo el método de almacenamiento deseado, puede valer la pena considerar el uso de espesadores para preparar los residuos, en vez de enviar la corriente entera a una piscina. Los espesadores permiten reducir el volumen total que se envía a las piscinas y también retornar de inmediato la mayor parte del agua de proceso a la planta. En las operaciones de procesamiento actuales, se utilizan básicamente tres tipos de espesadores:

  1. de alta capacidad;
  2. de alta densidad;
  3. de pasta.

Estos espesadores tienen una operación similar en lo que respecta a la alimentación y la extracción de los sólidos decantados. La alimentación ingresa a la unidad por un pozo de alimentación que se diseña para permitir un mezclado y un tiempo de residencia óptimos a fin de poner en contacto a los sólidos en suspensión con un floculante y que así se formen los flóculos. A continuación, la solución floculada sale del pozo de alimentación y se dispersa por el área del tanque. Los sólidos floculados descienden a medida que el agua clarificada sube y rebalsa por un vertedero periférico hacia a un tanque de agua de proceso. Los sólidos floculados se acumulan en la sección cónica del espesador. Se utilizan mecanismos con rastrillos que giran a baja velocidad para recolectar este lodo y dirigirlo a un área de descarga central. Se debe tener en cuenta que para lodos con menor límite elástico, como los que se generan en un espesador de alta capacidad, el movimiento de los rastrillos a través del lodo requiere de menor torque. 

Nuevamente, la elección de un espesador que cumpla con sus necesidades dependerá mucho de cuáles sean los planes aguas abajo para el lodo obtenido. A medida que se va desde espesadores de alta capacidad hasta los de pasta, la concentración posible de sólidos del caudal inferior aumenta. Aquí es donde comienza a importar el concepto de límite elástico. En reología, el límite elástico es el mínimo esfuerzo de corte que se requiere para que la fluencia comience y se mantenga. Cuanto mayor sea la concentración de sólidos del caudal inferior, mayor será el límite elástico. La mejor forma para diseñar el proceso de espesamiento es comenzar por el final del sistema e ir hacia atrás. Saber de qué manera se almacenarán, transportarán y producirán los residuos resulta clave para perfeccionar el diseño del espesador. 

Yield Stress Continuum Spanish
La curva del límite elástico

Espesadores de alta capacidad

Los espesadores de alta capacidad están diseñados para producir lodos de bajo límite elástico. Estos son lodos fáciles de bombear, que pueden distribuirse sobre un área relativamente grande solo por gravedad. Son, con creces, los espesadores que más se utilizan actualmente en la industria, y constituyen una operación relativamente económica para recuperar agua y transportar residuos espesados a una piscina. La separación de agua y sólidos continúa en el área de lagunaje, donde se deberán tratar ya sea retornándolos a la planta de procesos, evaporándolos o enviándolos a tratamiento. 

El espesador de alta capacidad, ya sea sobre el suelo o en elevación, acumula los lodos en un cono poco profundo generalmente de 9 a 12 grados de inclinación. Las paredes laterales de estas unidades son las más bajas de los tres tipos de espesadores y se caracterizan por tener el menor tiempo de residencia para evitar que el lodo se compacte.

Espesadores de alta densidad

Se utilizan espesadores de alta densidad cuando se necesita una concentración de sólidos o un límite elástico de lodo un poco más elevados. Estos espesadores se dimensionan a fin de dar más tiempo de residencia al lodo, lo que logra una compactación mayor; el accionamiento y la estructura de soporte de los rastrillos tiene que diseñarse para obtener un mayor límite elástico del lodo. 

Tanto los espesadores de alta capacidad como los de alta densidad vienen en general con mecanismos de elevación de los rastrillos, para sacarlos del lodo cuando ocurre una situación de torque elevado. El torque se controla continuamente. A medida que el torque disminuye debido a un mayor caudal de extracción de lodos o un menor ingreso de lodos, los rastrillos retornan a su posición más baja. 

Espesadores de pasta

Los espesadores de pasta les permiten a los operadores obtener las mayores concentraciones en el caudal inferior y límites elásticos de lodos máximos que se pueden obtener mediante decantación por gravedad. Estos tanques tienen una relación de aspecto (altura:diámetro) típica que varía desde 1:1 a 1,5:1, y una inclinación de cono para el caudal inferior muy pronunciada, desde 25 a 60 grados. El tiempo de residencia del lodo es el principal parámetro de diseño de los espesadores de pasta. Pasta es un término que se utiliza para describir el lodo en el cual prácticamente no se puede separar más agua libre de los sólidos. Para facilitar aún más la formación de la pasta, los rastrillos tienen a menudo varillas o ángulos que sobresalen hacia arriba en el tanque. Estas vallas se utilizan para crear canales a través del lodo y así permitir el pasaje de agua entrampada, que se libera del lodo a medida que este se compacta.

Debido al elevado límite elástico de los lodos, a menudo se debe equipar a los espesadores de pasta con arreglos especiales de bombeo para la extracción y el movimiento de los lodos. Con frecuencia, se utilizan bombas de desplazamiento positivo de tipo de pistón o de pistón con diafragma. Sin embargo, muchos lodos de minerales tienen una propiedad reológica que se conoce como reodestrucción. Esta propiedad se trata de una reducción irreversible de la viscosidad en una pulpa, cuando se la somete a un esfuerzo de corte. En estos casos, el cono de caudal inferior de un espesador de alta densidad o de pasta puede contar con dos bombas de proceso. Una bomba extrae lodos y los vuelve a inyectar al cono a través de un circuito de corte. Con esto se reduce el límite elástico del lodo. La segunda bomba se usa para extraer el lodo con menor límite elástico del espesador y enviarlo al área de destino. Si los lodos son reodestructivos se puede lograr una operación con las pastas que sea menos costosa, ya que se pueden utilizar bombas centrífugas y también permiten optimizar el uso del área hacia donde debe fluir el material. Además, si se envían los lodos con bajo contenido de agua a un lecho poco profundo, el tiempo de secado del lodo puede reducirse mucho. 

Paste Thickener Underflows
Caudal inferior de espesador de pasta. A la izquierda, lodo con un límite elástico de 110 pascales. A la derecha, lodo con un límite elástico de 450 pascales.

Entonces, ¿quién querría tomarse el trabajo de producir estos lodos de mayor tensión elástica? Por supuesto que existen muchas razones para hacerlo, incluidas la mayor recuperación de agua o la utilidad de los lodos como relleno de minas; pero la mejor razón para hacerlo es debido a la estabilidad de los lodos una vez quietos. Los lodos de mayor límite elástico implican un menor riesgo de falla de lagunaje. Todo el mundo comprende esta ventaja.

El éxito de cada sistema de espesamiento depende, en realidad, de los esfuerzos que se realizan para comprender las propiedades de los residuos. Esto puede ser realizado por varios proveedores, mediante ensayos detallados de decantación y viscosidad de los lodos. En los últimos 15 años se desarrollaron métodos de ensayos de decantación continua, que permiten obtener datos mucho mejores que los datos en estado estacionario para el dimensionamiento y la selección de los espesadores.

Si continuamos avanzando en la curva de espesamiento, ¿adónde vamos después de los espesadores de pasta? Ahora nos introducimos en una zona donde debemos utilizar más fuerzas que únicamente la gravedad para obtener mayores concentraciones de sólidos. Entramos en el campo de los filtros y las centrifugadoras. Recientemente, las industrias del carbón y de los áridos descubrieron a los filtros prensa de placas empotradas, una tecnología antigua de las industrias vitivinícola y del aceite de oliva, pero adaptados con éxito a las operaciones mineras. Una característica interesante de esta tecnología es que sin agregar productos químicos, es posible procesar los residuos y transformarlos en sólidos secos apilables y eliminar completamente el lagunaje.

Prensas con placas empotradas

En su nivel más básico, el proceso de filtrado de un filtro prensa consiste en cubrir dos placas con un elemento filtrante, aplicar fuerza suficiente como para crear un sello entre las dos placas de filtrado y luego usar una bomba de alimentación a fin de generar la presión necesaria para que la pulpa fluya por las cavidades que se forman entre las dos placas selladas. Con la tela filtrante se evita que los sólidos salgan de las placas, pero se logra que el líquido pase a través de los poros del elemento filtrante. Cuando la cámara está llena de sólidos, se detiene la bomba de alimentación, se libera la presión de sellado de las placas de filtrado y se las separa. El residuo deshidratado cae por gravedad.

Typical Recessed Plate Discharge Cakes
Residuo típico de placas empotradas

Es un error común pensar que las prensas aprietan las placas para eliminar el agua del residuo. En realidad, la prensa no se mueve durante la formación del residuo de filtrado. Las placas se conectan entre sí para formar un sello y la bomba de alimentación proporciona la presión necesaria a fin de eliminar el agua de los sólidos finos. El único momento de la operación donde se mueve la prensa es cuando se abre la prensa para sacar los residuos y cuando se la vuelve a cerrar a fin de comenzar un nuevo ciclo. 

La simpleza y el escaso movimiento de los filtros prensa es lo que los hace confiables y permite un alto grado de automatización. La posibilidad de variar parámetros como duración del ciclo, espesor del residuo, presión de alimentación y tipo de placas es lo que permite que con los filtros prensa se obtenga un producto mucho más seco que con otras tecnologías competidoras.

La operación de las prensas con placas empotradas es un proceso discontinuo, y cuando alguien pregunta: “¿Cuál es la capacidad de la prensa?”, debemos responder que la capacidad es estrictamente una función de la duración del ciclo. Cada prensa tiene un volumen finito para la formación de residuos. Se logran ciclos más cortos (el tiempo necesario entre un arranque y el siguiente) con:

  • Optimización del espesor de los residuos. Los residuos más delgados se forman más rápidamente que los gruesos.
  • Elevada permeabilidad de los sólidos. Cuanto más fácil sea que el agua pase a través de los residuos, más rápida será la etapa de filtración.
  • Humedad óptima de los residuos. Si se puede obtener una humedad del 18 % en 40 minutos, quizá sea aceptable lograr 20 % en 30 minutos.
  • Concentraciones de sólidos de alimentación más elevadas. Cuanto menos agua haya que eliminar, más rápido se formarán los residuos.
  • Apertura y cierre más rápidos. Quitar los residuos de la prensa y dejarla lista para la siguiente etapa de llenado puede ser muy importante en términos de capacidad de la prensa en t/h (toneladas por hora).

De vuelta, la mejor manera de comenzar con las prensas con placas empotradas es realizar pruebas con su material. La mayoría de los fabricantes tienen instalaciones propias para realizar pruebas y determinar, con mucha precisión, tiempos de filtrado y humedad en función de la concentración de sólidos en la alimentación y el espesor de los residuos. 

Con frecuencia, se divide a los filtros prensa en dos tipos: de viga superior y de viga lateral. Cada tipo tiene sus ventajas y desventajas. 

Viga superior

Overhead Beam Style Filter Press
  • Las placas de filtrado cuelgan de vigas superiores.
  • Al no haber piezas a los lados de la prensa se pueden reemplazar las telas filtrantes sin tener que retirar las placas.
  • Separación entre las placas mucho mayor, a menudo de más de 3 pies (0,9 m). Esto permite un mayor movimiento para la caída de residuos, a la vez que un acceso más fácil para la limpieza y la inspección de las telas.
  • En general, las cargas dinámicas se aíslan de las vigas de la prensa mediante ejes de tensión en diferentes configuraciones.

Viga lateral

  • Las placas de filtrado se apoyan en vigas que se encuentran al lado de la prensa.
  • Resulta más fácil implementar un sistema de agitación para las aplicaciones que así lo requieran.
  • Menor costo inicial.
  • Menor acceso a las placas para la limpieza y la inspección de las telas. Se debe evaluar con mayor seriedad la instalación de sistemas automáticos de lavado en prensas con viga lateral debido al menor acceso a las placas. 
Etiquetas: Minería