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¿Cómo diseñar y modelizar una planta para el tratamiento de minerales y la recuperación de sustancias valiosas de los residuos sólidos urbanos e industriales?

El campo de las técnicas de tratamiento y concentración de minerales abarca también la recuperación de sustancias valiosas contenidas en residuos industriales, tales como escorias, chatarras, etc., e incluso trata de recuperar dichas sustancias en los residuos sólidos urbanos.

El material procesado está generalmente compuesto de una mezcla de diferentes especies minerales, algunos de los cuales constituyen el objeto del beneficio. El resto de minerales sin valor inmediato (tales como el cuarzo, calcita, arcilla, feldespato, y dolomita), el material de la roca encajante, y otro tipo de residuos, forman la fracción de estériles.

 

Para separar, concentrar y obtener la sustancia con valor comercial/industrial, resulta necesario el uso de las propiedades que diferencian unas especies de otras. Si hay varias especies, a veces, se separan dos o más agrupadas de las otras mediante una propiedad y luego se diferencian entre sí mediante otras propiedades físicas o químicas. Cada propiedad da lugar a un método de separación o concentración:

  • Por tamaños (tamaño natural o provocado).
  • Gravimétrico (densidad). Separación sólido-sólido utilizando la diferencia entre las gravedades específicas de los minerales. Se utiliza especialmente en la concentración de minerales de oro, estaño, tungsteno, plata, plomo y otros.
  • Óptico (color, forma, brillo, etc.).
  • Flotación (química-física superficial). Diferencia entre las propiedades superficiales de las partículas. Tiene aplicación en la obtención de concentrados de sulfuros fundamentalmente, de carbonatos, silicatos, óxidos, fosfatos y carbones.
  • Lixiviación (solubilidad en disolventes).
  • Magnético (susceptibilidad magnética). Utiliza la diferencia entre las susceptibilidades magnéticas de los minerales, es decir de la capacidad que tienen de magnetizarse al ser sometidos a un campo magnético externo.
  • Eléctrico (conductividad y cte. dieléctrica). Se aplica a casos específicos de minerales que pueden ser separados debido a sus propiedades conductoras de electricidad.

 

 

Por su parte, el desaguado constituye un conjunto de operaciones de separación sólido-líquido (sedimentación o espesamiento, filtración y secado) que se realizan con la finalidad de eliminar el agua de las pulpas de concentración y relaves originados durante la concentración.

Las operaciones de almacenamiento y transporte de minerales sólidos, pulpas y relaves se realizan mediante tolvas, silos, cintas transportadoras, bombas, tuberías, reguladores, etc. constituyen las etapas intermedias, de alimentación y regulación.

 

 

El diseño de una planta de tratamiento requiere de un conocimiento previo del funcionamiento de los equipos y unidades situadas de forma armónica en las diferentes fases del circuito que recorre el mineral. La información recopilada en este artículo, se desarrolla en los cursos Diseño y modelización de tratamiento de minerales, y Software de simulación para el tratamiento de minerales.

PARÁMETROS DE DISEÑO

Los parámetros más importantes que definen el dimensionamiento de un equipo dentro de un diagrama de proceso están afectados por su utilización, flujos instantáneos, cargas circulares, parámetros del mineral como dureza, granulometría, tasas de espesamiento y filtrado.

En las etapas de una planta de tratamiento se usan una serie de máquinas distintas según su diseño y comportamiento frente al material que es tratado.

La clasificación y control de tamaño, se realiza utilizando cribas, harneros o zarandas con mallas, barrotes o chapas perforadas, o mediante el uso de un fluido con movimiento relativo respecto a las partículas de mineral.

La trituración o chancado permite la reducción del tamaño de las partículas en cada etapa de procesamiento, utilizando máquinas como trituradoras o chancadoras. La salida del material triturado pasa al circuito de molinos, hidrociclones y bombas, donde es reducido hasta obtener partículas de tamaño en micras. El material molido pasa a los acondicionadores donde se le agregan los reactivos que permitan la separación de los minerales. En las etapas finales de espesado y filtrado, la pulpa obtenida es separada en los decantadores de una parte importante de su contenido en agua (que es reutilizada), retirando el excedente líquido en el proceso de filtrado.

 

Rangos de tamaño de partículas para la aplicación de técnicas de separación/concentración

 

DATOS DE PARTIDA Y SIMULACIÓN

El desarrollo de un anteproyecto industrial de tratamiento minero se encuentra definido por una serie de datos de partida reales que permiten seleccionar, dimensionar y ensamblar adecuadamente todos los elementos necesarios para obtener un concentrado o producto de calidad vendible. De tal forma, que el funcionamiento global del conjunto de la planta sea desde el punto de vista técnico, económico, energético y ambiental lo más eficiente posible.

El manejo de software de simulación resulta una herramienta muy potente, de fácil manejo y funcionalidad para la resolución de problemas, estudios de múltiples opciones de tratamiento, localización de cuellos de botella, análisis de sensibilidad y calibración de modelos adaptados a los resultados de la planta.

 

Flowchart del proceso de reducción de tamaño y concentración

 

Curvas granulométricas y de liberación en el molino de bolas (MB) y separador magnético (SM)

 

El problema se afronta desde el punto de vista de una empresa de ingeniería que desarrolla un proyecto para un cliente con su valoración económica. Cuantos más datos se disponga sobre la instalación objeto del proyecto, más exacta será la simulación y más cerca nos encontraremos de alcanzar el óptimo del proceso de beneficio del material tratado.