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La tecnología de centrifugación del proceso SX permite reducir la pérdida de disolvente en un 60 %

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El proceso de extracción con disolventes (proceso SX) es una operación minera en la que se recuperan metales como el cobre, el platino, el oro, el cobalto, el níquel, el zinc, el uranio, etc., mediante el uso de agentes químicos.

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Tras el proceso SX, el proceso de electrolisis (también denominado electroextracción) consiste en la electrodeposición de metales que se han puesto en solución mediante un proceso conocido comúnmente como lixiviación. El refinado electrolítico utiliza un proceso similar para eliminar las impurezas de un metal.

La mayoría de las plantas comerciales de extracción por solventes (SX) se ven afectadas por la formación de «crud», una emulsión estabilizada por sólidos que suele acumularse en la interfaz entre la fase acuosa y la orgánica en los decantadores de las etapas de extracción por solventes. Esto se debe a la entrada de diversas sustancias en el circuito de SX, que van desde el polvo arrastrado por el viento, sólidos arrastrados de la lixiviación, impurezas en las soluciones de la planta e incluso insectos atraídos por las luces de la planta de extracción por disolvente.

Si bien una fina capa de «crud» en la interfaz entre la fase acuosa y la orgánica puede facilitar la coalescencia de gotitas finas, un exceso de «crud» puede interferir en la separación de fases y reducir gravemente la eficiencia de los decantadores. Si se permite que se acumule en los decantadores, el «crud» puede empezar a desplazarse hacia la siguiente etapa de mezcla. Esto puede provocar rápidamente una «fuga de residuos», lo que da lugar a un aumento considerable del arrastre. Esto provoca la contaminación de los electrolitos con la solución de lixiviación y la fase orgánica.

La transferencia de materia orgánica a la electroobtención puede provocar la «quemadura del cátodo». El arrastre de electrolito hacia la sección de extracción del proceso de extracción con disolvente puede dar lugar a la pérdida de cobre hacia el rafinado (en este caso, al refinar cobre). El arrastre de materia orgánica en el refinado provocará un aumento de las pérdidas de materia orgánica. Aunque la eliminación de los residuos de las plantas de extracción por disolvente no suele suponer un problema importante, estos residuos suelen tener un contenido orgánico superior al 50 %. Las pérdidas de materia orgánica junto con los residuos pueden suponer a las plantas un coste de cientos de miles de dólares al año.

Solución al problema de los residuos en el proceso de extracción con disolvente mediante tecnología
Las centrifugadoras ayudan a evitar pérdidas de la solución orgánica, al tiempo que mantienen la eficiencia de la carga de la solución de disolvente (SL) y del proceso de separación con disolvente (SX). El proceso ayuda a mantener el control del valor del pH y a prolongar la vida útil del cátodo en la electroobtención, con el fin de evitar el tiempo de inactividad de la planta debido a la limpieza de los decantadores.

Un impulsor 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 del disolvente, lo que reduce las pérdidas de disolvente hasta en un 60 %.

Este proceso ayuda a las refinerías que producen 20 t/a de cobre o más. Las centrifugadoras también se utilizan con este fin en minas de cobre pequeñas, medianas y grandes de todo el mundo, y se emplean específicamente en minas que utilizan el proceso de extracción por disolvente (SX). Los fabricantes de instalaciones, las oficinas de diseño y los contratistas EPC que operan en el sector minero también pueden beneficiarse del uso de centrifugadoras para este proceso crítico.

Caso práctico 1: Bwana Mkubwa, Zambia
En el caso de Bwana Mkubwa, un productor de cobre de Ndola, en el Cinturón del Cobre de Zambia, la incapacidad de procesar el «crud» de manera eficiente provocó que varias plantas de SX tuvieran problemas debido a la acumulación de «crud» en los decantadores de SX. Esto causó graves problemas en el proceso de SX y redujo la disponibilidad del proceso hasta en un 10 %.

Zambia y la República Democrática del Congo suman 1,2 Mt/a de producción de cobre mediante SX/EW, de las cuales al menos el 80 % se produce en plantas que utilizan centrifugadoras trifásicas para el tratamiento de los residuos. Con un ahorro de 12 USD/t de cobre, esto supone un ahorro anual de 12 millones de USD solo con esta aplicación en estos dos países.

El reto
Hace veinte años, la mayoría de las refinerías de cobre de todo el mundo se enfrentaban a importantes pérdidas económicas causadas por la formación de residuos en sus plantas de extracción por disolvente (SX). La eliminación de los residuos del proceso, aunque esencial, provocaba pérdidas de extractantes orgánicos y diluyentes que ascendían a cientos de miles de dólares al año. Las técnicas de recuperación estándar que utilizaban prensas de filtro resultaban laboriosas e ineficaces. Incluso tras la filtración, los residuos seguían conteniendo cantidades significativas de solución orgánica.

La acumulación de residuos en los decantadores de SX solía causar graves problemas en el proceso de SX y reducía la disponibilidad del proceso hasta en un 10 %. Los sólidos residuales debían tratarse como residuos peligrosos, ya que la solución orgánica es extremadamente peligrosa para el medio ambiente.

La solución
Mediante el uso de una centrífuga trifásica, la solución orgánica se podía recuperar en forma de solución limpia, que podía realimentarse directamente a la planta de SX. El ahorro solo en solución orgánica ascendía a más de 12 dólares estadounidenses por tonelada de cobre producido. Por lo tanto, una planta que produjera 50 000 t/a de cobre ahorraría aproximadamente 600 000 dólares estadounidenses al año. Se obtuvieron ahorros adicionales en mano de obra, telas filtrantes y mantenimiento.

Por último, el eficiente proceso de tratamiento de los residuos permitió mantener bajo control los niveles de residuos en las plantas de SX. Esto supuso un ahorro adicional, ya que mejoró la estabilidad del funcionamiento de la planta SX y aumentó su eficiencia. La eliminación de los sólidos residuales también resultó más sencilla, ya que su contenido orgánico era muy bajo.

El proceso
El tratamiento de los residuos debe considerarse una operación por lotes. Los operadores extraen los sedimentos de los decantadores mediante bombas de diafragma o peristálticas. Su composición puede variar significativamente de un día a otro. Los sedimentos se recogen en un depósito de alimentación y se agitan con un agitador de bajo cizallamiento. La concentración de sólidos en los sedimentos oscila normalmente entre el 2 % y el 10 %.

El sedimento se introduce en la centrífuga trifásica y los operarios realizan ajustes en el impulsor variable para garantizar que la solución orgánica salga limpia. Cabe señalar que, en la mayor parte del mundo, el sedimento no se separa en tres fases mediante centrifugación, sino en cuatro.

Se forma una cuarta fase estable en la interfaz entre la fase orgánica y la acuosa. Mediante el ajuste correcto del impulsor variable de la centrífuga trifásica, el operador 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 de un color marrón turbio. Esta fase acuosa debe enviarse a los residuos mineros. No puede devolverse a las plantas de SX, ya que simplemente serviría de semente para que se formaran más residuos.

Resumen
Veinte años después, la mayoría de las plantas de SX de cobre de todo el mundo utilizan centrifugadoras trifásicas para el tratamiento de los residuos de SX. Actualmente hay más de 80 máquinas en funcionamiento en todo el mundo. Si se tiene en cuenta que, en la actualidad, solo hay unas 59 plantas de SX en funcionamiento con una producción de cátodos de cobre superior a 20 kt/año, el éxito de la centrífuga trifásica en esta aplicación resulta evidente.

La centrífuga trifásica suele ser una opción viable para las refinerías de cobre SX/EW que producen 20 t/a de cobre o más. Gracias al ahorro que genera en la recuperación de compuestos orgánicos, una centrífuga trifásica se amortiza en unos cuatro meses. La fiabilidad de la máquina también constituye una ventaja importante, ya que la mayoría de estas máquinas se instalan en regiones remotas. Las centrifugadoras trifásicas que se instalaron en Zambia hace 16 años siguen funcionando sin problemas.

Aunque el residuo de cobre SX sigue siendo la principal aplicación de la centrífuga trifásica en el ámbito hidrometalúrgico, también se ha empleado con éxito en procesos SX de uranio, molibdeno, litio y zinc. La centrífuga trifásica se ha convertido en el estándar para los equipos de tratamiento de residuos en todo el mundo.

Caso práctico 2: Varios proyectos de producción de cobre en China
Las empresas chinas que prestan apoyo a las plantas de cruda de cobre en África y Myanmar siguen utilizando filtros de cámara para la cruda de cobre como estándar. La prensa de filtro de cámara está muy consolidada. Sin embargo, tras realizar pruebas en varias plantas, los ingenieros de procesos descubrieron que podían ahorrar más del 60 % de disolvente utilizando una centrífuga trifásica en comparación con los filtros de cámara.

El reto
Muchas centrífugas trifásicas se estaban utilizando con éxito en Sudamérica, EE. UU., Australia y África para aplicaciones de residuos de cobre por SX. Pero las empresas chinas aún no habían adoptado la centrifugación, y seguían recurriendo a los filtros de cámara para el proceso de los residuos de cobre.

La solución
En 2013, en una reunión técnica con el equipo del proyecto de China Wanbao Mining Myanmar YangTse Copper Mining, se mostró interés por la tecnología de centrifugación. Sin embargo, no pudimos convencer al cliente, ya que China Nerin Engineering había diseñado su proceso utilizando tecnología de filtros de cámara y su presupuesto estaba limitado a 30 000,00 euros.

En 2015, la prensa de filtro de cámara no pudo cumplir las expectativas. En abril de 2016, se puso en marcha la centrífuga trifásica para la aplicación de residuos de cobre en Myanmar. Al tratarse de la primera aplicación de este tipo en China, hubo una rápida curva de aprendizaje que se abordó y superó. Se detectaron dificultades relacionadas con la escasa cantidad de sólidos finos sedimentados y un desgaste superior al esperado causado por una velocidad excesiva del tambor.

Se realizó un ajuste en el diseño del disco de separación y las modificaciones introducidas en la caracola proporcionaron una mayor protección contra el desgaste mediante el uso de baldosas protectoras. El resultado fue un ahorro del 60 % en disolvente tras el cambio a la centrífuga trifásica en comparación con el filtro de cámara. En consecuencia, la mina vecina Myanmar Wanbao Mining, situada a 10 kilómetros de YangTse, también incorporó la tecnología de centrifugación.

Conclusión
En 2018, YangTse adquirió su segunda centrífuga para sus operaciones actuales. En 2022 se construyó una tercera planta SX utilizando centrifugadoras trifásicas.

Caso práctico 3: diversos proyectos de Fishtec Ltda., Chile
En Chile, las empresas mineras utilizaron la extracción con disolvente durante muchas décadas en el proceso de refinado del cobre. La industria minera chilena no estaba familiarizada con la tecnología de centrifugadoras trifásicas y utilizaba la tecnología de filtro-prensa o se veía obligada a desechar una cantidad excesiva de disolvente. Estaban perdiendo producto y generando una gran cantidad de residuos en esta nueva fase residual (CRUD: una mezcla de sólidos orgánicos, acuosos, aire y sólidos en suspensión).

Al eliminar y tratar constantemente el CRUD mediante centrifugadoras trifásicas, las empresas descubrieron que reducían la entrada de nuevo extractante en la planta de SX entre un 40 % y un 60 %, lo que supuso un importante ahorro económico.

El reto
Al utilizar la tecnología de filtro prensa, la industria minera chilena se veía obligada a desechar una cantidad excesiva de disolvente. Estaban perdiendo producto y generando una gran cantidad de residuos, todo ello en esta nueva fase residual (CRUD: una mezcla de sólidos orgánicos, acuosos, aire y sólidos en suspensión).

La solución
Bien establecida en Chile en el sector pesquero desde la década de los noventa, esta ha sido siempre la actividad principal de Fishtec Ltda. En 1995, se pidió a Fishtec que analizara una muestra de crud procedente de una pequeña empresa minera, la mina de Pudahuel. Curiosamente, la prueba reveló que este producto presentaba un parecido notable con el proceso de producción de sardinas. La similitud radicaba en que había cuatro fases en una mezcla que debía dividirse en tres. La centrífuga trifásica logra excelentes resultados gracias a su impulsor ajustable. La cuarta fase se separó mediante el líquido pesado y la materia orgánica se recuperó totalmente limpia. La nueva aplicación de la centrífuga trifásica se convirtió en la mejor opción para este proceso, mejorando la calidad del producto, reduciendo los costes de eliminación de residuos y ofreciendo menores costes de funcionamiento y mantenimiento.

Tras esta prueba, y dado que la extracción con disolventes estaba ganando aceptación a nivel mundial como el proceso más habitual en las minas de cobre, se abrió el mercado chileno y se instalaron centrifugadoras trifásicas en diferentes minas: Escondida Coloso (BHP Coloso, 1995) y Quebrada Blanca (Teck, 1995).

La experiencia de Fishtec ha sido que, sistemáticamente, no contaban con la experiencia ni con la máquina adecuada para la aplicación. En consecuencia, se instalaron estos decantadores de dos o tres fases, pero nunca se utilizaron tras fallar. Debido a ello, en la industria minera chilena comenzó a formarse una percepción negativa de la centrifugación en la aplicación de los residuos de cobre

La estrategia de Fishtec consistió en «sorprender» a los clientes con unos resultados siempre satisfactorios. Desde entonces, Fishtec ha abierto el mercado y ha logrado que casi el 95 % de las plantas de SX utilicen tecnología de centrifugación trifásica.

En 2020, se instaló una unidad piloto para Codelco Salvador. Codelco es una empresa estatal chilena con seis explotaciones mineras en activo, dos de las cuales cuentan con unidades de centrifugación trifásicas en sus operaciones de SX. Los resultados fueron muy buenos, y el cliente tomó la iniciativa de adquirir una nueva unidad de centrifugación trifásica. La recuperación de disolvente que permite la centrífuga trifásica in situ es la mejor solución para una aplicación en estado estacionario con un rendimiento predecible.

El proceso
Fishtec ofrece una solución completa al cliente, adaptando la centrífuga trifásica al emplazamiento donde se instala. Esto es válido tanto para plantas de nueva construcción como para las ya existentes, incorporando todas las interfaces y aspectos que el cliente requiera 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 de la «crud», el cliente reducirá la aportación de nuevo extractante a la planta de SX. El ahorro es fácil de calcular, ya que, por lo general, se consigue una reducción de entre el 40 % y el 60 % en la aportación de nueva solución.

La amortización depende de cómo se utilice la máquina. Un funcionamiento ininterrumpido (24 horas al día, 7 días a la semana) sería el mejor escenario para alcanzar un plazo de amortización de entre 6 y 9 meses. En otra aplicación, el tratamiento del material residual «borra» reduce el volumen en casi un 60 % y permite recuperar entre un 15 % y un 40 % del material como «crud» viable. Esto convierte al sistema en un equipo valioso para la planta completa de tratamiento de «crud».

Autor

Robert Klug es ingeniero comercial de campo y experto en minería en Flottweg Separation Technology.