La tecnologia di centrifugazione del processo SX consente di ridurre del 60% le perdite di solvente

Il processo di estrazione con solvente (processo SX) è un'operazione mineraria in cui metalli come rame, platino, oro, cobalto, nichel, zinco, uranio, ecc. vengono recuperati utilizzando agenti chimici. Dopo il processo SX, c'è il processo di estrazione elettrolitica (chiamato anche elettroestrazione), ossia l'elettrodeposizione di metalli che sono stati messi in soluzione tramite un processo comunemente chiamato lisciviazione. L'elettroraffinazione utilizza un processo simile per rimuovere le impurità da un metallo. 

La maggior parte degli impianti SX commerciali è soggetta alla formazione di impurezze, un'emulsione solida stabilizzata che si accumula comunemente presso l'interfaccia acquosa/organica dei sedimentatori durante le fasi di estrazione con solvente. È causata da una varietà di sostanze che entrano nel circuito SX, dalla polvere trasportata dal vento ai solidi trascinati dalla lisciviazione e alle impurità presenti nelle soluzioni usate negli impianti, per finire con gli insetti che vengono attratti dalle luci dell'impianto di estrazione con solvente. 

Mentre un sottile strato di impurezze presso l'interfaccia acquosa/organica può favorire la coalescenza delle goccioline fini, un eccesso di impurezze può interferire con la separazione di fase e ridurre notevolmente l'efficacia dei sedimentatori.  È importante evitare che questo strato di impurezze si accumuli nei sedimentatori, altrimenti c'è il rischio che inizi a trasferirsi alla fase di miscelazione successiva. In breve tempo, ciò può dar luogo alla cosiddetta "migrazione" delle impurezze, che causa un notevole aumento del trascinamento.  Tutto questo comporta la contaminazione degli elettroliti con la soluzione di lisciviazione e la fase organica.  

Il trasferimento di sostanze organiche all'elettroestrazione può causare la "bruciatura del catodo". Il trascinamento dell'elettrolita nella sezione di estrazione del solvente può causare la perdita di rame nel raffinato (in questo caso durante la raffinazione del rame). Il trascinamento di sostanze organiche nel raffinato provocherà un aumento delle perdite organiche.  Sebbene la rimozione delle impurità grezze dagli impianti di estrazione con solventi non rappresenti solitamente un problema importante, questo strato di impurezze ha generalmente un contenuto di sostanze organiche superiore al 50%. La perdita delle sostanze organiche contenute nel suddetto strato di impurezze può costare all'impianto centinaia di migliaia di dollari all'anno. 

Risolvere il problema delle impurezze nel processo SX grazie alla tecnologia

Grazie alle centrifughe è possibile evitare perdite di soluzione organica, mantenendo al contempo l'efficacia del caricamento SL e del processo di strippaggio SX. Il processo consente di tenere sotto controllo del valore del pH e di prolungare la durata del catodo durante l'elettroestrazione, in modo che non si debba fermare l'impianto per effettuare la pulizia dei sedimentatori. 

Una girante con palette a geometria variabile consente una precisa regolazione istantanea. Ciò garantisce la massima purezza della soluzione organica recuperata, anche in caso di variazioni delle condizioni di processo, e consente il recupero della quantità massima di solvente, riducendo le perdite di solvente fino al 60%. 

Questo processo è particolarmente utile per le raffinerie che producono 20 tonnellate annue di rame o più.  Le centrifughe vengono utilizzate a questo scopo in tutto il mondo, anche nelle miniere di rame di piccole, medie e grandi dimensioni, soprattutto nelle miniere che utilizzano il processo di estrazione con solvente (SX). Anche i costruttori di impianti, gli uffici di progettazione e gli EPC Contractor operanti nel settore minerario possono trarre vantaggio dall'uso di centrifughe per questo processo critico. 

Caso di studio 1 - Bwana Mkubwa, Zambia

Per Bwana Mkubwa, produttore di rame di Ndola, città situata nella provincia zambiana di Copperbelt, l'incapacità di processare le impurezze in modo efficiente ha causato l'accumulo di impurezze nei sedimentatori di diversi impianti SX. Ciò ha causato gravi problemi nel processo SX e ha ridotto la disponibilità del processo di un buon 10%.  

Lo Zambia e la Repubblica Democratica del Congo totalizzano una produzione di rame SX/EW pari a 1,2 milioni di tonnellate annue, di cui almeno l'80% è prodotto in impianti che utilizzano centrifughe trifase per il trattamento delle impurezze. Risparmiando 12 dollari per ogni tonnellata di rame, in questi due Paesi si ottiene un risparmio annuo di 12 milioni di dollari grazie a quest'unica applicazione . 

La sfida

Vent'anni fa, la maggior parte delle raffinerie di rame in tutto il mondo subiva delle cospicue perdite finanziarie a causa della formazione di impurezze negli impianti di estrazione con solvente (SX). L'eliminazione delle impurezze dal processo, sebbene essenziale, comportava spese per estrattori e diluenti organici che ammontavano a centinaia di migliaia di dollari all'anno. Le tecniche di recupero standard, che utilizzavano le filtropresse erano laboriose e inefficaci. Anche dopo la filtrazione, le impurezze contenevano ancora grandi quantità di soluzione organica. 

L'accumulo di impurezze nei sedimentatori SX causava spesso gravi problemi nel processo SX e riduceva di un buon 10% la disponibilità del processo. I solidi residui dovevano essere trattati come rifiuti pericolosi perché la soluzione organica è estremamente nociva per l'ambiente. 

La soluzione

Utilizzando una centrifuga trifase, le sostanze organiche potevano essere depurate e trasformate in una soluzione pulita, che poteva essere reimmessa direttamente nell'impianto SX. Il risparmio relativo alla sola soluzione organica ammontava a oltre 12 dollari per ogni tonnellata di rame prodotto. Un impianto che produce 50.000 tonnellate di rame annue risparmierebbe quindi circa 600.000 dollari all'anno. Si è registrato un ulteriore risparmio in termini di manodopera, tessuto filtrante e manutenzione.  

Infine, l'efficiente processo di trattamento delle impurezze ha consentito di tenere sotto controllo i livelli di sporcizia nell'impianto SX. Ciò ha portato a ulteriori risparmi, dato che l'impianto SX è stato in grado di funzionare in modo più regolare e con una maggiore efficienza. Anche lo smaltimento dei solidi residui è diventato più semplice, poiché il loro contenuto organico era molto basso. 

Il processo

L'eliminazione delle impurezze deve essere considerata un'operazione in lotti. Utilizzando pompe a membrana o peristaltiche, gli operatori aspirano la sostanza accumulatasi nei sedimentatori. La composizione può variare in misura significativa di giorno in giorno. La sostanza viene raccolta in un serbatoio di alimentazione e agitata con un agitatore a basso taglio. La concentrazione di solidi nella sostanza è normalmente compresa tra il 2 e il 10%.  

La sostanza raccolta viene inserita nella centrifuga trifase e gli operatori regolano la girante con palette a geometria variabile in modo tale da garantire che la soluzione organica fuoriesca priva di impurezze. Va notato che quasi tutte le sostanze con impurezze, se sottoposte a centrifugazione, non si separano in tre fasi, bensì in quattro fasi.  

Una quarta fase stabile si accumula in corrispondenza dell'interfaccia tra fase acquosa e fase organica. Regolando correttamente la girante con palette a geometria variabile, l'operatore può garantire che questa porzione di solidi ultrafini venga scaricata insieme alla fase acquosa. Questo è il motivo per cui la fase acquosa non è limpida, bensì ha l'aspetto di un fango marrone. Questa fase acquosa deve essere inviata allo stoccaggio degli sterili. Non può essere reimmessa nell'impianto SX perché fornirebbe semplicemente la base sulla quale si accumulerebbero altre impurezze. 

Riepilogo

Vent'anni dopo, la maggior parte degli impianti SX per la lavorazione del rame in tutto il mondo utilizza centrifughe trifase per il trattamento SX delle impurezze. Attualmente sono in funzione più di 80 macchine in tutto il mondo. Considerando che al momento sono in funzione solo circa 59 impianti SX con una produzione di catodi di rame superiore a 20 carati, il successo della centrifuga trifase in questo tipo di applicazioni è più che evidente. 

La centrifuga trifase di solito diventa una valida opzione per le raffinerie di rame SX/EW che producono 20 tonnellate annue di rame o più. Con i risparmi generati nel recupero organico, il costo di una centrifuga trifase viene ammortizzato in circa quattro mesi. L'affidabilità della macchina è anche un grande vantaggio, poiché la maggior parte di queste macchine è installata in regioni difficili da raggiungere. Le centrifughe trifase installate 16 anni fa in Zambia funzionano ancora senza problemi. 

Sebbene l'eliminazione delle impurezze nel processo SX del rame rimanga l'applicazione principale per la centrifuga trifase nel campo idrometallurgico, essa è stata utilizzata con buoni risultati anche nei processi SX di estrazione dell'uranio, del molibdeno, del litio e dello zinco. La centrifuga trifase è ormai diventata la macchina più diffusa a livello globale nell'ambito delle apparecchiature di trattamento delle impurezze. 

Caso di studio 2 - Diversi progetti di produzione di rame in Cina

Le aziende cinesi che finanziano gli impianti di trattamento delle impurezze del rame in Africa e Myanmar utilizzano ancora come standard i filtri a camera. L'uso di filtropresse a camera è ben consolidato. Tuttavia, attraverso prove in diversi impianti, gli ingegneri di processo hanno capito che possono risparmiare oltre il 60% di solvente utilizzando una centrifuga trifase anziché i filtri a camera.  

La sfida

Molte centrifughe trifase venivano utilizzate con successo in Sud America, Stati Uniti, Australia e Africa per applicazioni relative al processo SX del rame. Ma le aziende cinesi non avevano ancora adottato la tecnologia di centrifugazione, continuando a fare affidamento sui filtri a camera per il processo di trattamento delle impurezze del rame.  

La soluzione

Nel 2013 ha avuto luogo un incontro per discutere di questioni tecniche con il team di progetto China Wanbao Mining Myanmar YangTse Copper Mining, durante il quale è emerso un interesse per la tecnologia di centrifugazione. Tuttavia, non siamo riusciti a convincere il cliente, poiché China Nerin Engineering aveva progettato il suo processo utilizzando la tecnologia del filtro a camera e il budget era limitato a 30.000,00 euro.  

Nel 2015, era ormai evidente che la filtropressa a camera non poteva soddisfare le aspettative. Nell'aprile 2016, in Myanmar è stata messa in servizio una centrifuga trifase destinata al trattamento delle impurezze del rame.  Poiché si trattava della prima applicazione in Cina, è stato necessario affrontare e portare a termine un rapido processo di apprendimento. Sono state riscontrate alcune difficoltà in termini di piccole quantità di solidi fini depositati e un'usura superiore al previsto causata da un numero di giri del tamburo eccessivo. 

È stata apportata una modifica al design del disco di separazione, mentre un rimaneggiamento della coclea ha garantito una maggiore protezione antiusura utilizzando un rivestimento protettivo. Con il passaggio alla centrifuga trifase, si è riusciti a risparmiare il 60% di solvente rispetto a quando si faceva ricorso al filtro a camera. Di conseguenza, anche la vicina miniera Myanmar Wanbao Mining, a 10 chilometri da YangTse, ha deciso di adottare la tecnologia di centrifugazione.

Conclusione

Nel 2018, YangTse ha acquistato la sua seconda centrifuga per i lavori in corso.  Nel 2022 è stato costruito un terzo impianto SX utilizzando centrifughe trifase.

Caso di studio 3 - Diversi progetti di Fishtec Ltda., Cile

In Cile, le aziende del settore minerario hanno utilizzato per molti decenni l'estrazione con solventi nel processo di raffinazione del rame. L'industria mineraria cilena non conosceva la tecnologia di centrifugazione trifase e si avvaleva di filtropresse o era costretta a smaltire troppi solventi. Ne derivavano una perdita di prodotto e la generazione di molti rifiuti in questa nuova fase residua (impurezze - una miscela di solidi organici, acquosi, aerei e sospesi).  

Rimuovendo e trattando costantemente le impurezze con centrifughe trifase, le aziende hanno ridotto l'apporto di estrattori all'impianto SX dal 40% al 60%, realizzando un notevole risparmio economico.

La sfida

Utilizzando le filtropresse, l'industria mineraria cilena era costretta a smaltire troppi solventi. Ne derivavano una perdita di prodotto e la generazione di molti rifiuti, tutto in questa nuova fase residua (impurezze - una miscela di solidi organici, acquosi, aerei e sospesi).  

La soluzione

In Cile, l'azienda Fishtec Ltda vanta una solida posizione nel settore della pesca sin dal 1990, e questa è sempre stata la sua attività principale. Nel 1995, a Fishtec è stato chiesto di testare un campione di impurezze proveniente da una piccola azienda mineraria, la miniera di Pudahuel.  È interessante notare che il test ha dimostrato che questo prodotto era sorprendentemente simile a quello che si genera nella produzione di sardine. Anche in quel caso, c'è una miscela composta da quattro fasi che devono essere divise in tre fasi. La centrifuga trifase ottiene ottimi risultati grazie alla girante regolabile. La quarta fase è stata separata tramite il liquido pesante e le sostanze organiche recuperate sono risultate totalmente pulite. La nuova applicazione per la centrifuga trifase è diventata l'opzione migliore in questo processo, migliorando la qualità del prodotto, riducendo i costi di smaltimento dei rifiuti e garantendo costi operativi e di manutenzione inferiori. 

Dopo questa prova, c'è stata un'apertura sul mercato cileno, anche grazie al fatto che l'estrazione con solvente si stava sempre più diffondendo a livello globale nelle miniere di rame, così sono state installate centrifughe trifase in diverse miniere, Escondida Coloso (BHP Coloso, 1995) e Quebrada Blanca (Teck, 1995).   

Fishtec non aveva né l'esperienza, né la macchina giusta per operare in questo abito d'applicazione in modo sistematico.  Di conseguenza, questi decanter bifase o trifase erano stati installati ma non erano mai stati utilizzati dopo un guasto.  Per questo motivo, nell'industria mineraria cilena si stava iniziando a formare una percezione negativa della centrifugazione relativamente al trattamento delle impurezze del rame 

La strategia di Fishtec era quella di "sorprendere" i clienti con prestazioni costantemente soddisfacenti. Da allora, Fishtec ha aperto il mercato e ora raggiunge quasi il 95% degli impianti SX utilizzando la tecnologia di centrifugazione trifase.  

Nel 2020 è stata installata un'unità pilota per Codelco Salvador. Codelco è un'azienda nazionale cilena con sei siti minerari attivi, due dei quali usano unità centrifughe trifase nelle loro operazioni SX.  I risultati sono stati ottimi e il cliente ha preso l'iniziativa di acquistare una nuova unità centrifuga trifase. Il recupero del solvente in loco, tramite una centrifuga trifase, è la soluzione migliore per un'applicazione stabile e con prestazioni prevedibili.  

Il processo

Fishtec fornisce al cliente una soluzione completa, adattando la centrifuga trifase al sito in cui è installata. Questo vale sia per gli impianti ex novo che per quelli esistenti, aggiungendo tutte le interfacce e le caratteristiche che il cliente richiede in loco, da una pompa a un operatore addetto alla centrifuga.

Conclusione

L'esperienza vissuta in questo settore ha dato risultati positivi, sia in termini di risparmio ottenuto che di semplicità dell'operazione. Con un trattamento costante delle impurezze, il cliente potrà ridurre la quantità di estrattore da introdurre nell'impianto SX.  Il risparmio è semplice da calcolare, generalmente l'immissione di nuova soluzione si riduce di un quantitativo compreso tra il 40% e il 60%. 

Il ritorno sull'investimento dipende dal modo in cui la macchina viene fatta funzionare.  Un ritmo di funzionamento di 24 ore al giorno, 7 giorni su 7, sarà lo scenario migliore per un tasso di recupero di 6-9 mesi. Nell'altra applicazione che tratta il materiale residuo "borra", il volume si riduce di quasi il 60% e viene recuperato dal 15% al 40% del materiale come impurezze utilizzabili. Per tutti questi motivi, il sistema costituisce un'apparecchiatura preziosa per l'intero impianto di trattamento delle impurezze. 

Redatto da 

Robert Klug è Field Sales Engineer ed esperto nel settore minerario relativamente alla tecnologia di separazione Flottweg.