Por: Eleuterio Rivera Álvarez y Miguel Galindo Romero, Compañía Minera Antamina.

Resumen

Antamina es un depósito polimetálico tipo skarn que produce concentrados de cobre, zinc, molibdeno, plata y plomo, está ubicado en la región Áncash, sobre los 4,000 m de elevación. El depósito se formó por la intrusión de stocks, de composición principalmente cuarzomonzonítica, en las formaciones Jumasha y Celendín, lo que generó el desarrollo de un skarn gigante de aproximadamente 3.0 km de largo por 1.5 km de ancho. 

Las características mineralógicas cada vez más complejas e inciertas de las distintas fases de minado, representan en general nuevos desafíos operacionales en las distintas etapas de los procesos minero-metalúrgicos: chancado, molienda, flotación, bombeo por mineroducto, filtrado y almacenamiento. Los cuales se enfocan principalmente en cumplir y optimizar la calidad final de los concentrados producidos sin incrementar significativamente los costos operativos y maximizando el uso de los recursos existentes.

En las plantas concentradoras los procesos de separación sólido-líquido se desarrollan principalmente en: espesadores, clarificadores y filtros prensa. Siendo la etapa de filtrado una de las más importantes del proceso, debido a que permite que el concentrado alcance una humedad dentro de los límites transportables requeridos para que la carga ingrese a las bodegas de los buques graneleros, los cuales en su mayoría tienen destino final China y en caso no logren alcanzar la humedad límite transportable ponen en riesgo la estabilidad operativa del buque, debido a la licuefacción del concentrado cargado.

Introducción

La unidad minera Antamina está ubicada en el distrito de San Marcos, provincia de Huari, en la región Áncash, a 200 km de la ciudad de Huaraz y a una altitud promedio de 4,300 msnm. La planta de filtrado, tratamiento de efluentes y embarque de concentrado del puerto Punta Lobitos se ubica a 290 Km al norte de Lima, en la provincia de Huarmey, en la ecorregión del Desierto del Pacífico.

En el puerto Punta Lobitos se desarrolla principalmente el proceso de separación sólido-líquido de los concentrados de cobre y zinc que son enviados en pulpa con porcentaje de sólidos de 64% a 65% en promedio, a través del mineroducto de 304 Km desde la unidad minera hasta el puerto en Huarmey.  

Los concentrados de cobre se clasifican en siete tipos diferenciados principalmente por el contenido de bismuto y arsénico, los cuales son filtrados en función a las características reológicas y mineralógicas y apilados en el almacén en función a los contenidos metálicos, para posteriormente a través de un sistema de cargadores frontales y fajas transportadoras ser cargado a las bodegas de los buques graneleros con la humedad dentro de los límites transportables y las especificaciones de contenido metálico establecido por el cliente. 

Definimos la tasa de filtrado como el KPI de performance operativa que representa las toneladas métricas de descarga de torta de concentrado en función al área de filtrado por hora de operación. 

El proceso de filtrado, para los diversos concentrados de cobre tiene la opción operativa de incrementar los sólidos de alimentación a filtros a través de un espesador de pasta que incrementa el % de sólidos de 64% a 70-72%, permitiendo de esta forma que la pulpa ingrese a las cámaras de filtrado con menor cantidad de agua y, por ende, disminuyen los tiempos de filtrado obteniendo tortas con menor humedad y mayor tonelaje, con lo que se incrementa la tasa de filtrado.

El sistema espesador de pasta y filtros Larox, representa un desafío operativo, debido a las distintas características mineralógicas de los concentrados procesados y por los distintos parámetros de control que optimizan la separación sólido-líquido, el que permite incrementar la tasa de filtrado en alrededor del 20% y, por ende, obtener mayor tonelaje de filtrado con humedades dentro del límite de humedad máxima transportable (HMT). Asimismo, la inadecuada operación del espesador de pasta conlleva a potenciales riesgos operativos como embancamiento por el alto torque de las rastras y la propia contaminación de los concentrados producto de la operación continua de la planta.

Objetivos

Incrementar en 20% la tasa de filtrado de concentrados de cobre, mediante la optimización operativa del sistema espesador de pasta y filtros Larox.

Demostrar que el sistema espesador de pasta filtros Larox es una alternativa de solución para el procesamiento de concentrados complejos con altos valores de humedad.

Desarrollo y colección de datos

Descripción operativa del proceso

La planta de filtrado contempla tres tanques de recepción y almacenamiento, de los cuales se puede alimentar directamente el concentrado hacia los cuatro filtros Larox PF-60. Asimismo, también existe la opción de alimentar a los filtros previo proceso de incremento de sólidos, mediante el espesador de pasta, el cual incrementa los sólidos de alimentación desde 64% a 70-72%.

El sistema de espesamiento de pulpa de concentrado de cobre mediante espesador de pasta como etapa previa a la alimentación de los filtros inició operaciones en 2012, producto de la expansión del procesamiento de la planta concentradora en la unidad minera.

Los cuatro filtros prensa Larox iniciaron operaciones en 2001, tienen cada uno 144 m² de superficie filtrante, 108 TPH de capacidad filtrante y tiempo de ciclo de 9.0 minutos con una humedad promedio de 9%.

La descarga de los cuatro filtros Larox es transportada mediante fajas hacia un almacén de concentrados cuya capacidad es de 160,000 TMH, y donde las pilas de concentrado están depositadas en función a la calidad:

ν Los concentrados de cobre de bajo bismuto/arsénico en la parte central.

ν Los concentrados de alto bismuto/arsénico por la parte sur.

ν El concentrado de zinc en el extremo norte la pila.

El concentrado es almacenado mediante un sistema de cargadores frontales, Hoppers y fajas transportadoras, y es depositado en las bodegas de los barcos graneleros.

Desarrollo de la problemática

En la planta de puerto Punta Lobitos la presencia de pulpas de concentrado con contenidos de arcillas, carbonatos y residuos de reactivos provenientes del proceso de flotación, generan interferencias que impactan negativamente en el proceso de filtrado, generando una caída en la tasa de filtración, al disminuir los tonelajes de las tortas de concentrado, incrementar los tiempos de ciclo y aumentar la humedad por encima de los valores limites transportables. De esta forma, imposibilitan el embarque y despacho hacia los puertos de destino.

Los concentrados con alta humedad y con presencia de arcillas y carbonatos son almacenados en pilas diferenciadas para no impactar el proceso de embarque.

La filtración de estos concentrados de alta humedad genera acumulación de carga en los tanques de recepción debido a los largos tiempos de filtrado, obstrucciones de carga en los chutes de transferencia y además cuando son embarcados tienen que ser mezclados con concentrados de baja humedad generando retrasos de en los tiempos de embarque.

Desarrollo y análisis de la estrategia operativa

Se desarrolla la estrategia operativa basada en la maximización del uso de recursos existentes y eliminación de cuellos de botella. En función a ello se realiza el planteamiento de hipótesis y su validación basada en el análisis estadístico de correspondencia de variables, teniendo como salida la tasa de filtrado. De esta forma y bajo el esquema de diagrama de Ishikawa se determinan las variables más significativas que impactan este Kpi tal como se aprecia en la figura 10.

Análisis estadístico y operativo del espesador de pasta

Los espesadores de pasta son equipos de separación continua de sólido-líquido (sedimentación), en la que la pulpa en suspensión es alimentada al Feedwell y luego de aplicar el floculante se deja decantar, produciendo un rebose de agua clarificada y un lodo concentrado en el cono de descarga con un porcentaje de sólidos cercano al 70%. De esta forma, en las plantas concentradoras la gran mayoría de los espesadores de pasta son normalmente empleados para incrementar los sólidos de las pulpas de relave. Siendo el espesador de puerto Punta Lobitos uno de los pocos en la industria que se usan para concentrados de cobre. Esto conllevó a tener una curva de aprendizaje en la estabilidad operacional a raíz de eventos de embancamiento y continuas pérdidas de interface de separación sólidos líquido que se tenía al momento de procesar los concentrados. Lo cual también generaba que los tiempos de filtrado se incrementen aún más y, por ende, disminuya la tasa de filtrado al obtener tortas de concentrado con bajo tonelaje y alta humedad.

En función de ello se programa el desarrollo conjunto de pruebas de sedimentación en laboratorio y, sumado a la revisión y análisis de la data histórica operativa obtenida del sistema de almacenamiento de datos PI System, se validó el efecto positivo que tiene el incremento de sólidos en la pulpa de alimentación a los filtros Larox, determinando que las variables más importantes que influyen directamente en incrementar los sólidos de descarga del underflow del espesador que a los filtros son: la presión de cama y la dosificación de floculante. Tal como se aprecia en la gráfica de efectos de las Figuras 12 y 13.

De esta forma, basada en data histórica, se establecen rangos operativos de presión que garantizan la correcta sedimentación y en consecuencia permiten alcanzar sólidos cercanos a 70% en el U/F, además de controles operativos tales como:

ν Monitoreo en línea de la tendencia de presión de cama dentro de los rangos operativos de 55% a 60%.

ν Asegurar la correcta dilución de pulpa a través del sistema Turbodill.

ν Dosificación de floculante en función a la turbidez y sensores de interface.

ν Verificar la calidad del floculante mediante la revisión de parámetros del sistema automático de preparación.

ν Seguimiento continuo y planes de acción para no exceder el valor del torque de operación >35%.

ν Ajuste de parámetros de filtrado en función al sólido de alimentación del espesador.

Para el aseguramiento de la calidad tanto en contenido de contaminantes como posibles variaciones en la humedad, debido a la continua recepción de concentrados de distintas calidades que son alimentados al espesador y filtrados de manera secuencial, se procedió a identificar zonas de contacto natural entre las pilas de concentrados de alto, medio y bajo contenido de bismuto, en donde se estableció descargar los concentrados de transición que quedan como remanentes dentro del espesador durante las etapas de transición. Esto bajo un programa de control estricto de muestreo continuo de las descargas de concentrado durante toda la operación.

Presentación y discusión de resultados

Debido a la estrategia operativa de incrementar el porcentaje de sólidos en el underflow del espesador, el cual alimenta a los filtros Larox, se ha conseguido realizar una comparación de las tasas de filtrado generados al filtrar los mismos concentrados de cobre sin espesador y con el espesador, registrando y agrupando los datos obteniendo de las tasas de filtrado para cada condición, evidenciando incrementos sustancias en las tasas, de acuerdo con el gráfico de las Figuras 15 a la 17.

Contabilizando en un diagrama de bloques y realizando la comparación de medias para ambos escenarios: filtrado con espesador y sin espesador, se obtuvo un incremento de la tasa de filtrado del 20%.

De forma similar al análisis de la tasa de filtrado se realiza la evaluación estadística para los tonelajes de filtrado y humedades respectivas, encontrándose un incremento sustancial en los valores de tonelajes de filtrado con una disminución ligera de los valores de humedad.

Conclusiones

1. La optimización operativa del sistema espesador de pasta filtros Larox, permite incrementar la tasa del filtrado a valores cercanos al 20% y, por ende, aumentar el tonelaje filtrado de 360 a 432 TMS/H, manteniendo los valores de humedad dentro de los rangos límites transportables.

2. Esta mejora operativa en el sistema espesador de pasta filtros Larox, representa una alternativa real para las plantas de filtrado de la industria minera, donde cada vez es más frecuente el procesamiento de concentrados complejos con altos contenidos de interferentes que conllevan a producir concentrados de alta humedad y bajas de tasas de filtrado.

Bibliografía

Documento interno Antamina. 2012. Filosofía de operación espesador de pasta filtros Larox. Outotec.

Documento interno Antamina. 2001. Filosofía de operación filtros Larox. Outotec.

Montes, C. 2020. 2nd Generation Paste Thickeners. Webinar Metso Outotec.

Rojas, C. 2020. Mantenimiento Mecánico Espesador de Pasta 19 m. Webinar Metso Outotec.