Optimizando el Rendimiento de los Espesadores de Relaves

La escasez de agua y el riesgo climático se han convertido en preocupaciones centrales en la industria minera durante la última década. Esto es especialmente cierto en regiones como Chile, Perú, Indonesia y partes de África, donde las condiciones de sequía severa están creando desafíos ambientales significativos. La minería de cobre y litio, en particular, ha sido identificada como una de las principales causas de la disminución de los niveles de agua subterránea y la alteración de los ecosistemas. Los expertos de la industria advierten que casi un tercio de la producción global de semiconductores depende del cobre proveniente de áreas que se proyecta estarán sometidas a estrés hídrico para 2035.

En Perú e Indonesia, las comunidades locales han informado sobre el consumo total de fuentes de agua fresca, suministros contaminados, fracasos en las cosechas y problemas de salud, muchos de los cuales están relacionados con el uso del agua en la minería y la contaminación. En respuesta, la recuperación de agua y el tratamiento  de relaves han emergido como componentes esenciales de las prácticas mineras responsables. Las empresas mineras, las partes interesadas y los desarrolladores de procesos sostenibles, están cada vez más enfocados en soluciones innovadoras que no solo recuperen el agua utilizada en los procesos mineros, sino que también restauren las tierras impactadas por los relaves y la extracción de minerales.

Una de las tecnologías más adoptadas en la recuperación de agua y la gestión de relaves es el espesador de relaves. Estos grandes tanques cilíndricos están diseñados para concentrar relaves reduciendo su contenido de agua. Mediante sedimentación por gravedad, los espesadores permiten que el agua se recupere y se reutilice en el procesamiento, mientras que los sólidos se recolectan y se preparan para una disposición segura.

Un espesador convencional opera sobre el principio de la gravedad, generalmente utilizando rastras lentas para asentar y compactar los sólidos. Los espesadores de alta tasa (HRT), por otro lado, incorporan diseños optimizados de alimentación y química de floculantes para acelerar el proceso de sedimentación. Aunque diferentes tipos de espesadores se adaptan a diferentes aplicaciones, los desafíos operativos que enfrentan son similares. Estos desafíos no solo afectan la recuperación de agua y la gestión de los relaves, sino que también pueden generar altos costos operativos y, en algunos casos, peligros para la salud y seguridad de los operarios.

Desafíos Comunes de los Espesadores

Figura 1: Diagrama simplificado de la ubicación de la válvula de control de flujo en un espesador estándar.

Entre los desafíos más comunes se encuentran: sobrecarga de par de las rastras, que puede ocurrir si los sólidos no se asientan de manera uniforme; ineficiencia del floculante, donde la mala mezcla lleva a la transferencia de sólidos al desbordamiento; bloqueos, debido a problemas con el sistema de descarga de flujo o el mecanismo de las rastras; y paradas completas del sistema, causadas por un desgaste prematuro del dispositivo de control del nivel de flujo principal. Este último desafío es un problema operativo persistente que muchas minas enfrentan a diario en todo el mundo, y las pérdidas en la recuperación de agua del proceso son incontables.

Figura 2: (Izquierda) Línea de descarga de un espesador de relaves de cobre mostrando un revestimiento cerámico interno dañado. (Derecha) Manga de válvula de pinza dañada, instalada en la descarga de un espesador de cobre—vida útil: 2 semanas.

Estos problemas son especialmente críticos cuando se trata del dispositivo de control del nivel de flujo, un componente clave para mantener la operación adecuada del espesador. En muchas minas del mundo, el fallo del dispositivo de flujo es una realidad diaria. Las pérdidas en la recuperación de agua causadas por estos fallos son a menudo sustanciales.

El Papel de la Tecnología para Abordar el Desgaste y el Control

Si bien se ha avanzado en áreas como sensores inteligentes, automatización y mejoras en la química de los floculantes, el control del flujo de los espesadores sigue siendo uno de los desafíos más difíciles en el control de fluidos mineros. Los espesadores se encuentran entre las aplicaciones más abrasivas de la industria y, lamentablemente, muchas de las válvulas y placas de orificio utilizadas en estos sistemas nunca fueron diseñadas para tales condiciones exigentes.

La mayoría de los dispositivos de control tradicionales son válvulas estándar, originalmente desarrolladas para servicios limpios o concentraciones de sólidos mucho más bajas. Sin embargo, el flujo de los espesadores a menudo contiene entre un 55% y un 80% de sólidos por peso y pulpas con viscosidades de hasta 5000 cP. En tales condiciones extremas, un control de descarga inadecuado no solo provoca una falla acelerada de los equipos, sino también pérdidas críticas de agua.

Figura 3: Espesadores de relaves de cobre, vista superior – Norte de México.

Ahora se le está dando más atención al diseño personalizado de dispositivos de control de descarga específicamente hechos para aplicaciones de espesadores. El desafío es doble: estos dispositivos no solo deben resistir una abrasión extrema, sino que también deben ofrecer un rango amplio de control. En el caso de un desbordamiento, causado por factores ambientales u operacionales, el dispositivo de control debe permitir suficiente capacidad de flujo para evitar obstrucciones, mientras mantiene el control sobre el nivel de relaves.

En muchas instalaciones actuales, las minas recurren a intercambiar manualmente las placas de orificio fijas, una medida provisional que carece de capacidad de respuesta y lleva a ineficiencias operativas. Por ejemplo, Figura 4 muestra el sistema de tuberías de descarga de un espesador (referenciado en la Figura 3), donde no se utiliza ninguna válvula de control porque ninguna ha durado más de 10 horas en operación. Esta aplicación en particular incluye un alto contenido de cuarzo, lo que contribuye a una abrasión extrema, y depende en su lugar de un sistema de control manual con orificios fijos. Este método no solo eleva los costos operativos, sino que también es altamente ineficiente en términos de recuperación de agua, lo que aumenta el consumo de agua de la mina.  

Figura 4: Espesadores de relaves de cobre, flujo de fondo (vista inferior) – Norte de México.

Un Nuevo Enfoque: Válvulas de Control Hechas a Medida para Pulpa Abrasiva

Una tecnología que ha demostrado ser exitosa en estos entornos es el uso de válvulas de control diseñadas específicamente para aplicaciones de pulpas abrasivas. Estas válvulas ofrecen una característica de flujo (por ejemplo, porcentaje igual) alineada con los requisitos de las aplicaciones de espesadores. Este enfoque centra el camino del flujo y asegura que solo los componentes reemplazables estén expuestos a medios abrasivos.

Esta solución involucra una placa de orificio personalizada, diseñada para cumplir con el rango completo de condiciones de flujo requeridas. La placa se integra en una carcasa de válvula de compuerta especialmente diseñada, con una compuerta personalizada que permite una variabilidad controlada a través del rango de flujo.

Figura 5: Rango operativo recomendado para válvulas de control de pulpas (Curva basada en una válvula Slurryflo).

Figura 6: (Derecha) Vista explosionada de una válvula de control personalizada para aplicaciones abrasivas. (Izquierda) Ejemplos de varios diseños de placas de asiento.

Resultados en el Mundo Real

El uso de estas válvulas diseñadas a medida para el control de nivel de los espesadores ha mostrado beneficios significativos en comparación con los métodos convencionales. Las minas que adoptan estas soluciones han reportado una reducción del 95% en las paradas debido a fallas en las válvulas de descarga, lo que ha resultado en mejoras notables en la eficiencia de los procesos y la recuperación de agua.

Figura 7: Descarga de espesador con una válvula de control de compuerta Slurryflo en operación.

Los espesadores de relaves desempeñan un papel crucial en la operación sostenible de las minas modernas. A medida que la escasez de agua sigue presionando a la industria, optimizar el rendimiento de los espesadores, particularmente en el nivel de control del flujo de fondo, no es solo una prioridad operativa, sino una necesidad ambiental. El desarrollo de tecnologías de control específicas para cada aplicación está ayudando a las minas de todo el mundo a mejorar la recuperación de agua, reducir el tiempo de inactividad y alcanzar sus objetivos de sostenibilidad de manera más efectiva.