La Tecnología de Centrífugas en el Proceso SX Proporciona una Reducción del 60 % en la Degradación del Disolvente

El proceso de extracción con disolvente (proceso SX) es una operación de minería en la que se recuperan metales como el cobre, platino, oro, cobalto, níquel, zinc, uranio, etc. utilizando agentes químicos. Después del proceso SX, el proceso de electrowinning (también llamado electroextracción) es la electrodeposición de metales que se han puesto en solución a través de un proceso comúnmente llamado lixiviación. El refinado eléctrico utiliza un proceso similar para eliminar las impurezas de un metal. 

La mayoría de las plantas SX comerciales sufren la formación de Crud, una emulsión estabilizada en sólidos que se acumula generalmente en la interfaz acuosa/orgánica de los sedimentadores en las etapas de extracción con disolventes. Se debe a una variedad de sustancias que entran en el circuito SX, desde el polvo soplado por el viento, los sólidos arrastrados por la lixiviación, las impurezas de las soluciones vegetales e incluso los insectos atraídos por las luces de la planta de extracción con disolventes. 

Mientras que una fina capa de Crud en la interfaz acuosa/orgánica puede ayudar a la coalescencia de gotas finas, el exceso de Crud puede interferir con la separación de fases y reducir gravemente la eficiencia de los sedimentadores.  Si el Crud se acumula en los sedimentadores, podría pasar a la siguiente fase de mezclado. Esto puede derivar rápidamente en una «precipitación del Crud», lo que generaría un arrastre mucho mayor.  Se produciría la contaminación de los electrolitos con la solución de lixiviación y con la fase orgánica.  

La transferencia de materia orgánica a la electroextracción puede causar una «quemadura del cátodo». El arrastre del electrolito a la sección de extracción del disolvente puede provocar la pérdida de cobre en el refinado (en este caso, al refinar cobre). El arrastre de materia orgánica al refinado dará como resultado un aumento de las pérdidas de materia orgánica.  Mientras que la eliminación del Crud de las plantas de extracción con disolventes no supone generalmente un problema importante, el Crud suele tener un contenido orgánico superior al 50 %. Las pérdidas de materia orgánica con el Crud pueden costar a las plantas cientos de miles de dólares al año. 

La Solución al Problema del Crud en el Proceso SX mediante la tecnología

Las centrífugas ayudan a evitar pérdidas de la solución orgánica, a la vez que mantienen la eficiencia de la carga de SL y el proceso de extracción SX. El proceso ayuda a mantener el control del valor de pH y a prolongar la vida útil del cátodo en la extracción eléctrica para evitar el tiempo de inactividad de la planta debido a la limpieza del sedimentador. 

Un rodete centrípeta variable permite un ajuste preciso sobre la marcha. Esto optimiza la pureza de la solución orgánica recuperada incluso con condiciones de proceso fluctuantes, y proporciona una recuperación máxima de los disolventes, lo que reduce las pérdidas de disolventes hasta en un 60 %. 

Este proceso ayuda a las refinerías que producen 20 t/a de cobre o más.  Las centrífugas también se utilizan para este fin en minas de cobre pequeñas, medianas y grandes de todo el mundo, y se usan específicamente en minas que utilizan el proceso de extracción con disolventes (SX). Los fabricantes de plantas, las oficinas de diseño y los contratistas EPC que trabajan en la minería también pueden beneficiarse del uso de centrífugas para este proceso crítico. 

Caso práctico 1: Bwana Mkubwa, Zambia

Para Bwana Mkubwa, un productor de cobre deNdola, en la provincia de Copperbelt (Zambia), la imposibilidad de procesar el Crud de forma eficiente provocó que varias plantas SX tuvieran problemas con la acumulación de Crud en los sedimentadores SX. Esto provocó graves problemas en el proceso SX y redujo la disponibilidad del proceso en hasta un 10 %.  

Zambia y la República Democrática del Congo son responsables de 1,2 Mt/a de producción de cobre mediante tecnología SX/EW, de las cuales al menos el 80 % se producen en plantas que utilizan centrífugas de 3 fases para el tratamiento del Crud. Con un ahorro de 12 $/t de Cu, esto equivale a un ahorro anual de 12 millones de dólares solamente en esta aplicación en estos dos países. 

El desafío

Hace veinte años, la mayoría de las refinerías de cobre de todo el mundo se enfrentaban a pérdidas económicas significativas causadas por la formación de Crud en sus plantas de extracción con disolventes (SX). La eliminación del Crud del proceso, aunque esencial, provocaba pérdidas de extracto orgánico y diluyente que ascendían a cientos de miles de dólares anualmente. Las técnicas de recuperación estándar que utilizan prensas de filtro eran laboriosas e ineficaces. Incluso después de la filtración, el Crud aún contenía cantidades significativas de solución orgánica. 

La acumulación de Crud en los sedimentadores SX a menudo causaba graves problemas en el proceso SX y reducía la disponibilidad del proceso en hasta un 10 %. Los sólidos residuales tenían que tratarse como desechos peligrosos, ya que la solución orgánica es extremadamente peligrosa para el medioambiente. 

La solución

Mediante el uso de una centrífuga de 3 fases, el material orgánico se podía recuperar como una solución de limpieza, que se podía devolver directamente a la planta SX. El ahorro en solución orgánica por sí sola ascendió a más de 12 $/t de cobre producido. Por lo tanto, una planta que produzca 50 000 t/a de cobre ahorraría aproximadamente 600 000 $ al año. Se obtuvo un ahorro adicional en mano de obra, telas filtrantes y mantenimiento.  

Finalmente, el eficiente proceso de tratamiento del Crud permitió mantener bajo control los niveles de Crud en las plantas SX. Esto supuso un ahorro adicional, ya que mejoró la estabilidad del funcionamiento de la planta SX y aumentó su eficiencia. También se simplificó la eliminación de los sólidos residuales, ya que su contenido orgánico era muy bajo. 

El Proceso

El Crud debe verse como una operación por lotes. Los operarios aspiran el Crud de los sedimentadores mediante bombas de diafragma o peristálticas. La composición puede cambiar significativamente de un día a otro. El Crud se recoge en un depósito de alimentación y se agita con un agitador de bajo cizallamiento. La concentración de sólidos en el Crud suele oscilar entre el 2 y el 10 %.  

El Crud se alimenta a la centrífuga de 3 fases y los operarios realizan ajustes en el rodete centrípeta variable para garantizar que la solución orgánica salga limpia. Cabe señalar que la mayoría del Crud de todo el mundo no se separa en tres fases mediante centrifugación, sino en cuatro fases.  

En la interfase entre la acuosa y la orgánica se genera una cuarta fase estable. Ajustando correctamente el rodete centrípeta variable de la centrífuga de 3 fases, el operario puede garantizar que esta parte de sólidos ultrafinos se descargue como parte de la fase acuosa. Esta es la razón por la que la fase acuosa no es transparente, sino más bien de un color marrón turbio. Esta fase acuosa debe enviarse a los relaves. No se puede devolver a las plantas SX porque aportaría semillas para que crezca más Crud. 

Resumen

Veinte años después, la mayoría de las plantas de cobre SX de todo el mundo utilizan centrífugas de 3 fases para el tratamiento de Crud SX. Actualmente hay más de 80 máquinas en funcionamiento en todo el mundo. Si se considera que actualmente solo hay alrededor de 59 plantas SX en funcionamiento con una producción de cátodos de cobre superior a 20 kt/a, el éxito de la centrífuga de 3 fases en esta aplicación es evidente. 

La centrífuga de 3 fases suele convertirse en una opción viable para las refinerías de cobre SX/EW que producen 20 t/a de cobre o más. Con el ahorro que genera en la recuperación orgánica, una centrífuga de 3 fases se amortiza en unos cuatro meses. La fiabilidad de la máquina también es una gran ventaja, ya que la mayoría de estas máquinas se instalan en regiones remotas. centrífuga de 3 fases instalada en Zambia hace 16 años sigue funcionando sin problemas. 

Aunque el cobre SX Crud sigue siendo la aplicación principal para la centrífuga de 3 fases en el campo hidrometalúrgico, también se ha utilizado con éxito en procesos de uranio, molibdeno, litio y zinc SX. La centrífuga de 3 fases se ha convertido en el estándar para equipos de tratamiento de Crud en todo el mundo. 

Caso práctico 2: Varios Proyectos de Producción de Cobre en China

Las empresas chinas que apoyan las plantas de Crud de Cu en África y Birmania siguen utilizando filtros de cámara para el Crud de cobre como estándar. La prensa de filtro de cámara está muy bien consolidada. Sin embargo, realizando pruebas en varias plantas, los ingenieros de procesos descubrieron que podían ahorrar más del 60 % de disolvente después de utilizar una centrífuga de 3 fases en comparación con los filtros de cámara.  

El desafío

Muchas centrífugas de 3 fases estaban siendo utilizadas con éxito en Sudamérica, EE. UU., Australia y África para aplicaciones de Crud de cobre SX. Sin embargo, las empresas chinas aún no habían adoptado la centrifugación, ya que siguen confiando en los filtros de cámara para el proceso del Crud de cobre.  

La solución

En 2013, una reunión técnica con el equipo del proyecto de minería de Myanmar YangTse Copper, filial de China Wanbao Mining, mostró interés en la tecnología de centrífugas. Sin embargo, no pudimos convencer al cliente, ya que China Nerin Engineering había diseñado su proceso utilizando tecnología de filtro de cámara, y su presupuesto estaba limitado a 30 000 euros.  

En 2015, la prensa de filtro de cámara no pudo cumplir con las expectativas. En abril de 2016, la centrífuga de 3 fases se puso en servicio en la aplicación de Crud de cobre de Myanmar.  Dado que se trataba de la primera aplicación en China, hubo que abordar y superar una curva de aprendizaje rápida. Hubo problemas relacionados con unos pocos sólidos finos sedimentados y un desgaste superior al esperado causado por una velocidad del tambor excesiva. 

Se realizó un ajuste en el diseño del disco de separación y las actualizaciones del tornillo sinfín proporcionaron una mayor protección contra el desgaste mediante el uso de protección con azulejos. El resultado fue un ahorro del 60 % en disolvente después de cambiar a la centrífuga de 3 fases en comparación con el filtro de cámara. En consecuencia, la mina vecina de Myanmar Wanbao Mining, a 10 kilómetros de YangTse, también incorporó la tecnología de centrífugas.

Conclusión

En 2018, YangTse compró su segunda centrífuga para sus trabajos actuales.  En 2022 se construyó una tercera planta SX utilizando centrífugas de 3 fases.

Caso práctico 3 - Varios Proyectos de Fishtec Ltda., Chile

En Chile, las empresas mineras han utilizado la extracción con disolventes durante muchas décadas en el proceso de refinado del cobre. La industria minera chilena no estaba familiarizada con la tecnología de centrífugas de 3 fases y, o utilizaba la tecnología de prensa de filtro o se veían obligados a desechar demasiado disolvente. Estaban perdiendo producto y generando muchos desechos en esta nueva fase residual (CRUD, una mezcla de sólidos orgánicos, acuosos, aire y sólidos suspendidos).  

Al eliminar y tratar constantemente el Crud a través de centrífugas de 3 fases, las empresas descubrieron que reducían la entrada de nuevo extractante en la planta SX entre un 40 % y un 60 %, con un ahorro económico significativo.

El desafío

Al utilizar la tecnología de prensa de filtro, la industria minera chilena se veía obligada a desechar demasiado disolvente. Estaban perdiendo producto y generando muchos desechos en esta nueva fase residual (CRUD, una mezcla de sólidos orgánicos, acuosos, aire y sólidos suspendidos).  

La solución

Consolidada en la industria pesquera chilena desde la década de 1990, siempre ha sido el negocio principal de Fishtec Ltda. En 1995, se pidió a Fishtec que realizara pruebas en una muestra de Crud de una pequeña empresa minera, la mina Pudahuel.  Curiosamente, la prueba mostró que este producto era notablemente similar a la producción de sardinas. La semejanza radicaba en que hay cuatro fases en una mezcla que deben dividirse en tres. La centrífuga de 3 fases logra grandes resultados gracias al rodete centrípeta ajustable. La cuarta fase se separó a través del líquido pesado, y la materia orgánica se recuperó totalmente limpia. La nueva aplicación para la centrífuga de 3 fases se convirtió en la mejor opción en este proceso, mejorando la calidad del producto, reduciendo el coste de eliminación de desechos y logrando un menor coste de funcionamiento y mantenimiento. 

Después de esta prueba y, puesto que la extracción con disolventes estaba ganando aceptación mundial como el proceso más común en las minas de cobre, se abrió el mercado chileno y se instalaron centrífugas de 3 fases en diferentes minas, como Escondida Coloso (BHP Coloso, 1995) y Quebrada Blanca (Teck, 1995).   

La experiencia de Fishtec demostró sistemáticamente que no tenían la experiencia ni la máquina correcta para la aplicación.  Como resultado, se instalaron estos decanter de dos o tres fases, pero nunca se volvieron a utilizar después de fallar.  Debido a esto, empezó a formarse una percepción negativa de la centrifugación en la aplicación de Crud de cobre en la industria minera chilena 

La estrategia de Fishtec consistía en «sorprender» a los clientes con unas capacidades de rendimiento satisfactorias. Desde entonces, Fishtec ha abierto el mercado y ahora estña presente en casi el 95 % de las plantas SX gracias al uso de tecnología de centrífugas de 3 fases.  

En 2020 se instaló una unidad piloto para Codelco Salvador. Codelco es una empresa nacional chilena con seis minas activas, dos de las cuales cuentan con unidades centrífugas de 3 fases en sus operaciones de SX.  Los resultados fueron muy buenos, y el cliente tomó la iniciativa de comprar una nueva unidad centrífuga de 3 fases. La recuperación de disolvente lograda por la centrífuga de 3 fases en la planta es la mejor solución para una aplicación estable con capacidad de rendimiento predecible.  

El Proceso

Fishtec proporciona una solución completa para el cliente, adaptando la centrífuga de 3 fases al lugar donde se instala. Esto es cierto tanto para las plantas verdes como para las existentes, añadiendo todas las interfaces y aspectos que el cliente necesita in situ, desde una bomba hasta un operario para la centrífuga.

Conclusión

La experiencia en este campo ha proporcionado resultados positivos que demuestran el ahorro y la simplicidad de la operación. Con un tratamiento constante del Crud, el cliente reducirá la entrada de nuevo extractante en la planta SX.  El ahorro es fácil de calcular y, por lo general, se consigue una reducción entre el 40 y el 60 % de la entrada de la nueva solución. 

El retorno de la inversión dependerá de cómo se utilice la máquina.  Un ritmo de trabajo de 24/7 será el mejor escenario para alcanzar una tasa de recuperación de 6 a 9 meses. En la otra aplicación que trata el material residual «borra», el volumen se reduce en casi un 60 % y recupera entre un 15 y un 40 % del material como Crud viable. Esto convierte al sistema en un equipo valioso para toda la planta de tratamiento de Crud. 

Autor 

Robert Klug es ingeniero de ventas de campo y experto en minería en tecnología de separación de Flottweg.